鱼眼相机的标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及鱼眼相机的标定方法及装置。该方法包括：检测畸变图中的第一组特征点；对畸变图进行投影处理，得到投影图；检测投影图中的第二组特征点；确定第一组特征点和第二组特征点在畸变图的图像坐标系中的坐标；确定第一组特征点和第二组特征点与预先设置的目标点的对应关系；根据对应关系以及目标点在世界坐标系中的坐标，确定第一组特征点和第二组特征点在世界坐标系中对应的坐标；对鱼眼相机进行标定，并得到畸变图对应的校正图。根据本发明专利技术的鱼眼相机的标定方法及装置能够利用单幅图像完成相机内外参数的标定，能够提高标定的精确度，简化标定过程，并能够提高标定的实时性。

【技术实现步骤摘要】
鱼眼相机的标定方法及装置
本专利技术涉及计算机
，尤其涉及一种鱼眼相机的标定方法及装置。
技术介绍
随着计算机视觉技术的不断发展，复杂场景的实时绘制已经成为可能，其生成的全景图像被应用于医学成像、军事遥感、虚拟现实世界和车载安全等众多领域。全景图像拼接技术首先采集各个方向的图像，然后利用相邻两个方向图像重叠部分的像素相似性，将多幅图像拼接成一幅大的图像。为了使其最大程度地接近现实场景，通常采用特殊的鱼眼镜头采集图像。鱼眼镜头是一种超广角镜头，因其前镜片呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼眼睛颇为相似而得名。鱼眼镜头的视角可接近或等于180°(部分特殊鱼眼镜头的视野宽度甚至可达220°至230°)，并且其价格经济实惠，已在诸多领域得到了广泛的应用，例如：计算机视觉、虚拟现实、行车安全以及视觉监控等。虽然鱼眼镜头可以获得很大的视角，但是根据物理成像的规律，焦距越短，视角越大，为了获得较广的视野，鱼眼镜头的焦距为16mm或者更短。因此，鱼眼相机采集的图像通常都引入了桶形畸变，所成图像除了画面中心点的景物保持不变外，其他本应该水平或者竖直的景物都发生了相应的变化。图1示出鱼眼相机所采集的图像发生桶形畸变的示意图。如图1所示，由于鱼眼相机所采集的图像发生桶形畸变，因此图像的内容不能很好地被使用者所理解。为了符合人眼的观察习惯，在进行图像拼接之前，需要对鱼眼镜头的相关参数进行精确地校正，这个校正的过程在计算机视觉中称为标定。与常规的小孔成像原理不同，鱼眼镜头的成像基于非相似原理。图2示出鱼眼相机投影模型的示意图。如图2所示，将鱼眼镜头近似看成是一个半球模型，世界坐标系中的点M＝(XW,YW,ZW)发出的光线首先通过鱼眼相机光心O，映射到相机坐标系上的点P＝(XC,YC,ZC)，投影关系如式1所示：其中，R是世界坐标系和相机坐标系之间的旋转矩阵，t是一个三维的平移向量。从M出发的光线投影到成像平面，由于光路弯曲，因此投影成点m，而一般透视投影的投影点为m′。该投影关系如式2所示：其中，λ为非零度因子，K为内参数矩阵，fx和fy分别是图像水平轴和垂直轴的尺度因子，cx和cy是图像坐标系原点在像素坐标系中的坐标。该投影过程是非线性的，根据投影函数g的不同，可以提出不同的鱼眼相机模型。随着鱼眼相机在车载360全景、视频监控和机器人视觉等方面的广泛应用，鱼眼相机的标定成为一个重要的课题。近年来，相关技术中提出了多种鱼眼相机标定的方法。例如，一种较普遍的方法为基于球面模型的鱼眼图像校正法，在这种方法中，只要球面模型被确定，就决定了其畸变校正的效果，这就可能存在校正强度不够或者过校正的问题，且不具有效果的调节能力。在另一种方法中，需要从不同视角采集多幅标定的图像，这种方法的实时性不高，不能很好地应用于行车安全和视觉监控等方面。
技术实现思路
技术问题有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是，鱼眼相机的标定的精确度较低。解决方案为了解决上述技术问题，根据本专利技术的一实施例，提供了一种鱼眼相机的标定方法，包括：检测畸变图中的第一组特征点；对所述畸变图进行投影处理，得到所述畸变图对应的投影图；检测所述投影图中的第二组特征点；对所述投影图进行反投影处理，得到所述畸变图，并确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述畸变图的图像坐标系中的坐标；根据所述第一组特征点和所述第二组特征点的位置确定所述第一组特征点和所述第二组特征点与预先设置的目标点的对应关系；根据所述对应关系以及所述目标点在世界坐标系中的坐标，确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在世界坐标系中对应的坐标；根据所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述图像坐标系中的坐标以及在所述世界坐标系中对应的坐标，对所述鱼眼相机进行标定，并得到所述畸变图对应的校正图。对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述第一组特征点为预先放置于所述鱼眼相机的采集范围中央的棋盘格标定布对应的特征点；所述第二组特征点为预先放置于所述鱼眼相机的采集范围内、所述棋盘格标定布两侧的多边形标定布对应的特征点。对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述多边形标定布为矩形标定布。对于上述方法，在一种可能的实现方式中，对所述畸变图进行投影处理，得到所述畸变图对应的投影图，包括：将水平面作为投影面，并将所述畸变图投影在水平面上，得到所述畸变图对应的投影图。对于上述方法，在一种可能的实现方式中，检测畸变图中的第一组特征点，包括：采用角点检测算法检测所述畸变图中的第一组特征点；检测所述投影图中的第二组特征点，包括：采用所述角点检测算法检测所述投影图中的第二组特征点。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的另一实施例，提供了一种鱼眼相机的标定装置，包括：第一组特征点检测模块，用于检测畸变图中的第一组特征点；投影模块，用于对所述畸变图进行投影处理，得到所述畸变图对应的投影图；第二组特征点检测模块，用于检测所述投影图中的第二组特征点；反投影模块，用于对所述投影图进行反投影处理，得到所述畸变图，并确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述畸变图的图像坐标系中的坐标；对应关系确定模块，用于根据所述第一组特征点和所述第二组特征点的位置确定所述第一组特征点和所述第二组特征点与预先设置的目标点的对应关系；坐标确定模块，用于根据所述对应关系以及所述目标点在世界坐标系中的坐标，确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在世界坐标系中对应的坐标；标定与校正模块，用于根据所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述图像坐标系中的坐标以及在所述世界坐标系中对应的坐标，对所述鱼眼相机进行标定，并得到所述畸变图对应的校正图。对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述第一组特征点为预先放置于所述鱼眼相机的采集范围中央的棋盘格标定布对应的特征点；所述第二组特征点为预先放置于所述鱼眼相机的采集范围内、所述棋盘格标定布两侧的多边形标定布对应的特征点。对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述多边形标定布为矩形标定布。对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述投影模块用于：将水平面作为投影面，并将所述畸变图投影在水平面上，得到所述畸变图对应的投影图。对于上述装置，在一种可能的实现方式中，所述第一组特征点检测模块用于：采用角点检测算法检测所述畸变图中的第一组特征点；所述第二组特征点检测模块用于：采用所述角点检测算法检测所述投影图中的第二组特征点。有益效果通过检测畸变图中的第一组特征点，对畸变图进行投影处理得到畸变图对应的投影图，检测投影图中的第二组特征点，对投影图进行反投影处理，得到畸变图，并确定第一组特征点和第二组特征点在畸变图的图像坐标系中的坐标，根据第一组特征点和第二组特征点的位置确定第一组特征点和第二组特征点与预先设置的目标点的对应关系，根据对应关系以及目标点在世界坐标系中的坐标，确定第一组特征点和第二组特征点在世界坐标系中对应的坐标，根据第一组特征点和第二组特征点在图像坐标系中的坐标以及在世界坐标系中对应的坐标，对鱼眼相机进行标定，并得到畸变图对应的校正图，根据本专利技术实施例的鱼眼相机的标定方法及装置能够利用单幅图像完成相机内外参数的标定，能够提高标定的精确度，简化标定过程，并能够提高标定的实时性。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本专利技术的其它特征及方面将变得清楚。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼眼相机的标定方法，其特征在于，包括：检测畸变图中的第一组特征点；对所述畸变图进行投影处理，得到所述畸变图对应的投影图；检测所述投影图中的第二组特征点；对所述投影图进行反投影处理，得到所述畸变图，并确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述畸变图的图像坐标系中的坐标；根据所述第一组特征点和所述第二组特征点的位置确定所述第一组特征点和所述第二组特征点与预先设置的目标点的对应关系；根据所述对应关系以及所述目标点在世界坐标系中的坐标，确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在世界坐标系中对应的坐标；根据所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述图像坐标系中的坐标以及在所述世界坐标系中对应的坐标，对所述鱼眼相机进行标定，并得到所述畸变图对应的校正图。

【技术特征摘要】
2016.10.28 CN 201610963891X1.一种鱼眼相机的标定方法，其特征在于，包括：检测畸变图中的第一组特征点；对所述畸变图进行投影处理，得到所述畸变图对应的投影图；检测所述投影图中的第二组特征点；对所述投影图进行反投影处理，得到所述畸变图，并确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述畸变图的图像坐标系中的坐标；根据所述第一组特征点和所述第二组特征点的位置确定所述第一组特征点和所述第二组特征点与预先设置的目标点的对应关系；根据所述对应关系以及所述目标点在世界坐标系中的坐标，确定所述第一组特征点和所述第二组特征点在世界坐标系中对应的坐标；根据所述第一组特征点和所述第二组特征点在所述图像坐标系中的坐标以及在所述世界坐标系中对应的坐标，对所述鱼眼相机进行标定，并得到所述畸变图对应的校正图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组特征点为预先放置于所述鱼眼相机的采集范围中央的棋盘格标定布对应的特征点；所述第二组特征点为预先放置于所述鱼眼相机的采集范围内、所述棋盘格标定布两侧的多边形标定布对应的特征点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多边形标定布为矩形标定布。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述畸变图进行投影处理，得到所述畸变图对应的投影图，包括：将水平面作为投影面，并将所述畸变图投影在水平面上，得到所述畸变图对应的投影图。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测畸变图中的第一组特征点，包括：采用角点检测算法检测所述畸变图中的第一组特征点；检测所述投影图中的第二组特征点，包括：采用所述角点检测算法检测所述投影图中的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：林春雨，韦世奎，马珂，高奕，林鸿运，王欣，黄奇，钟洪波，
申请(专利权)人：北京鑫洋泉电子科技有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11