利用直线及圆的共轭直径的性质标定拋物折反射摄像机制造技术

本发明专利技术是利用利用直线及圆的共轭直径的性质标定拋物折反射摄像机的方法。首先，分别从3幅图像中提取靶标图像边缘点和其中一幅图像的镜面轮廓投影的边缘点，使用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影。在线像上取一个点，并求出对拓像点。像点关于线像的切线和对拓像点关于线像的切线的交点为一个消失点。在线像上取互异的两个点，获得两个消失点 ，两个消失点确定一条消失线。消失点关于线像的极线与消失线的交点与该消失点为一组正交消失点，三幅图像提供六组正交消失点。最后，利用正交消失点对绝对二次曲线像的约束求解摄像机内参数。

【技术实现步骤摘要】
利用直线及圆的共轭直径的性质标定拋物折反射摄像机
本专利技术属于计算机视觉领域，涉及一种利用空间中一条直线及圆的共轭直径的性质标定拋物折反射摄像机的方法。
技术介绍
计算机视觉的中心任务就是对图像进行理解，而它的最终目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力。这种能力将不仅使机器能感知包括形状、姿态、运动等在内的三维环境中物体的几何信息，而且能对它们进行描述、存储、识别与理解。摄像机标定就是确定从三维空间点到它的二维图像点之间的映射关系，它是许多计算机视觉应用必不可少的步骤。为了确定这一映射过程，需要建立摄像机的几何成像模型，几何模型的参数称为摄像机参数，摄像机参数可分为内参数和外参数两类。内参数描述成像系统的成像几何特性，外参数描述成像系统关于世界坐标系的方向和位置。摄像机标定可分为传统标定、自标定和基于几何实体的标定。无论哪种标定方法，都旨在建立二维图像与摄像机内参数之间的约束关系，特别是线性约束关系，这是目前摄像机标定所追求的目标，也是目前计算机视觉领域研究的热点之一。抛物折反射摄像机由一个抛物镜面和一个正交摄像机组成，它的成像视野大，是全景视觉领域研究的热点之一。文献“Catadioptricself-calibration”，(KangS.B.,ProceedingsofIEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition,vol.1,pp.201-207,2000.)提出了一种折反射摄像机自标定方法，这类方法的优点是不需要使用标定块，缺点是必须获得图像之间的对应点。而在计算机视觉中，实现一个十分有效的寻找对应点的方法是很困难的。文献“Geometricpropertiesofcentralcatadioptriclineimagesandtheirapplicationincalibration”,(BarretoJ.P.,AraujoH.,IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,vol.27,no.8,pp.1327-1333,2005)研究了中心折反射摄像机下直线的像的几何性质，并将这些性质应用于中心折反射摄像机的标定。文献“Anewlinearalgorithmforcalibratingcentralcatadioptriccameras”,(WuF.,DuanF.,HuZ.etal.,PatternRecognition,vol.41,no.10,pp.3166-3172,2008)介绍了对拓点和对拓像点的定义，导出了空间中的一个点在视球上的投影和它的折反射图像点之间的关系，使用这个关系建立了中心折反射摄像机内参数的线性约束，通过此线性约束即可获得中心折反射摄像机内参数。文献“CalibrationofcentralcatadioptriccamerasusingaDLT-likeapproach”,(PuigL.,BastanlarY.,SturmP.,etal.,InternationalJournalofComputerVision,vol.93,no.1,pp.101-114,2011)提出了一种基于三维控制点的标定方法，通过使用Veronese映射对三维点和其图像点的坐标进行了扩展，在扩展坐标的基础上基于DLT(直接线性变换)——相似方法实现了中心折反射摄像机的标定，但是这类方法需要已知三维点的位置，并且容易从图像中提取其图像点。直线在空间中是很常见的，无需知道标定的直线和摄像机的位置关系，只利用线像标定摄像机。文献“Catadioptriccameracalibrationusinggeometricinvariants”，(YingX.,HuZ.,IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,vol.26,no.10,pp.1260-1271,2004)首次提出了利用球或者直线标定中心折反射摄像机。在非退化情况下一条直线的投影二次曲线提供三个不变量。但是该文献提出的标定方法是非线性的，计算的复杂度较高。文献“Geometricpropertiesofcentralcatadioptriclineimagesandtheirapplicationincalibration”，(BarretoJ.,AraujoH.,IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,vol.27,no.8,pp.1327-1333,2005)研究了直线在中心折反射摄像机下的几何性质，根据射影不变性应用这些性质标定摄像机内参数，三条及其以上的直线就可完成摄像机内参数的标定。文献“Identicalprojectivegeometricpropertiesofcentralcatadioptriclineimagesandsphereimageswithapplicationstocalibration”，(YingX.,ZhaH.,InternationalJournalofComputerVision,vol.78,no.1,pp.89-105,2008)介绍了修正绝对二次曲线的像(MIAC)在中心折反射摄像机标定中的作用。他们通过研究球或直线在中心折反射摄像机下的像与MIAC的几何与代数关系提出了两种线性标定算法。它们得出的结论对于对偶形式也是成立的。但是这篇文献中的理论和标定方法对于抛物折反射摄像机的情况是退化的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种制作简单，适用广泛，稳定性好的利用靶标求解抛物折反射摄像机内参数的方法，该靶标由空间中一条直线构成。在求解抛物折反射摄像机内参数的过程中，需使用抛物折反射摄像机拍摄靶标的3幅图像线性求解出抛物折反射摄像机的5个内参数。本专利技术采用如下技术方案：用抛物折反射摄像机从不同的位置拍摄3幅含有一条直线的图像。本专利技术是利用空间中一条直线作为靶标用于求解抛物折反射摄像机内参数的方法。首先，分别从3幅图像中提取靶标图像边缘点和其中一幅图像的镜面轮廓投影的边缘点，使用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影和线像方程。在线像上取一个点，并求出对拓像点。像点关于线像的切线和对拓像点关于线像的切线的交点为一个消失点。在线像上取互异的两个点，获得两个消失点，两个消失点确定一条消失线。消失点关于线像的极线与消失线的交点与该消失点为一组正交消失点，三幅图像提供六组正交消失点。最后，利用正交消失点对绝对二次曲线像的约束求解摄像机内参数。具体的步骤包括：拟合出镜面轮廓投影方程及靶标投影方程，对拓像点的获取，确定正交消失点，求解抛物折反射摄像机内参数。1.拟合镜面轮廓投影方程及靶标投影方程利用Matlab程序中的Edge函数提取镜面轮廓投影边缘点和靶标图像边缘点的像素坐标，并用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影方程和线像的方程。2.对拓像点的获取空间中的直线Q，在拋物折反射摄像机的单位球模型下的投影分为两步。第一步，直线Q投影是以O为中心的单位视球上的大圆Sn(n＝1,2,3表示拍摄的三幅图像)，单位视球直径的两个端点互为对拓。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用直线及圆的共轭直径的性质标定拋物折反射摄像机的方法，其特征在于由空间中的一条直线作为靶标；所述方法的具体步骤包括：首先，用抛物折反射摄像机从不同的位置拍摄3幅含直线的图像，提取镜面轮廓投影的边缘点和靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影和直线的图像；在线像上取一个点，并求出对拓像点，像点和对拓像点关于线像的切线的交点为一个消失点；在线像上取互异的两个点，获得两个消失点，两个消失点确定一条消失线；根据圆的共轭直径的性质，消失点关于线像的极线与消失线的交点与该消失点为一组正交消失点，三幅图像提供六组正交消失点；最后，利用正交消失点对绝对二次曲线像的约束求解摄像机内参数；(1)确定正交消失点在直线Q的投影大圆S1上任取两个点A1+,A2+，用A1‑,A2‑分别表示A1+,A2+关于单位视球的中心O对称的点，即对拓点；L1+,L2+为A1+,A2+关于投影圆S1的切线，L1‑,L2‑为A1‑,A2‑关于S1的切线，下标+表示见到，下标‑表示不见到；根据对拓点的定义，L1+//L1‑，L2+//L2‑，于是{L1+,L1‑},{L2+,L2‑}具有相同的无穷远点，这里用，

【技术特征摘要】
1.一种利用直线及圆的共轭直径的性质标定拋物折反射摄像机的方法，其特征在于由空间中的一条直线作为靶标；所述方法的具体步骤包括：首先，用抛物折反射摄像机从不同的位置拍摄3幅含直线的图像，提取镜面轮廓投影的边缘点和靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影和直线的图像；在线像上取一个点，并求出对拓像点，像点和对拓像点关于线像的切线的交点为一个消失点；在线像上取互异的两个点，获得两个消失点，两个消失点确定一条消失线；根据圆的共轭直径的性质，消失点关于线像的极线与消失线的交点与该消失点为一组正交消失点，三幅图像提供六组正交消失点；最后，利用正交消失点对绝对二次曲线像的约束求解摄像机内参数；(1)确定正交消失点在直线Q的投影大圆S1上任取两个点A1+,A2+，用A1-,A2-分别表示A1+,A2+关于单位视球的中心O对称的点，即对拓点；L1+,L2+为A1+,A2+关于投影圆S1的切线，L1-,L2-为A1-,A2-关于S1的切线，下标+表示见到，下标-表示不见到；根据对拓点的定义，L1+//L1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远珍，赵越，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53