一种鱼眼相机标定方法及系统技术方案

一种鱼眼相机标定方法及系统，属于信息通信技术领域。其中，鱼眼相机标定方法包括步骤：首先，利用鱼眼相机采集标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像；然后，将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标；最后，利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定。本发明专利技术采用从无畸变标定板中提取特征点然后映射回原有畸变的标定板中，可以确保有畸变的标定板图像的特征点提取的准确度，不会有特征点检测不到的情况出现，从而提高了鱼眼相机的标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种鱼眼相机标定方法及系统
本专利技术属于信息通信
，具体涉及一种鱼眼相机标定方法及系统。
技术介绍
相机标定是摄影测量、3D成像和图像几何校正等工作中的关键技术之一，它的主要作用是估计相机的内外参数。标定结果的精度和标定算法的稳定性直接影响后续工作的准确性。相机标定的方法主要有传统相机标定方法以及相机自标定方法。传统相机标定方法需要使用尺寸已知的标定物，通过建立标定物上已知坐标点与图像像素点之间的对应关系，利用一定的算法获得相机模型的内外参数。传统的标定方法采用的标定物可以是平面的棋盘格或圆点标定板，传统相机标定的方法受标定板的影响很大。相机自标定算法主要是利用场景中的一些平行或者正交的信息，其中空间平行线在相机图像平面上的交点称为消失点。自标定方法灵活性强，可对相机进行在线标定，但是由于他是基于绝对二次曲线或曲面的方法，其算法的鲁棒性差，标定的精度不高。由于鱼眼镜头的视场角非常大，一般在180°～200°，并且镜头在边缘成像的畸变很大，基于现有标定方法对鱼眼相机标定误差很大，故亟需一种能够适用于鱼眼相机的标定方法。
技术实现思路
现有技术中，由于鱼眼镜头的视场角非常大，一般在180°～200°，并且镜头在边缘成像的畸变很大，基于现有标定方法对鱼眼相机标定误差很大，为了解决这种问题，本专利技术提供一种鱼眼相机标定方法，具体方案如下：一种鱼眼相机标定方法，具体包括如下步骤：步骤S1、利用鱼眼相机采集标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像；步骤S2、将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标；步骤S3、利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定。其中，在上述方法中，所述步骤S1中利用鱼眼相机采集不同视场的标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像具体包括：所述标定靶包含有多个子标定板，各子标定板依次相连且相互呈一定角度；所述鱼眼相机采集的标定靶图像数量为多张，并且每一次采集的标定靶图像的位置和角度均有变化。其中，在上述方法中，所述子标定板上设有用于获取该子标定板图像的特征点坐标的图案，所述图案为棋盘格或阵列式圆点。其中，在上述方法中，所述步骤S2中将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标具体包括以下步骤：步骤S21、对所有有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，得到去畸变的子标定板图像；步骤S22、计算有畸变的子标定板图像与无畸变的子标定板图像特征点坐标之间的坐标映射表，并提取无畸变的子标定板图像的特征点坐标；步骤S23、将提取的无畸变的子标定板图像的特征点坐标映射回有畸变的子标定板图像。其中，在上述方法中，所述步骤S21中对所有有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，得到去畸变的子标定板图像具体包括：设三维空间中的点为Q，其坐标方程式为Q＝[X，Y，Z]，该点Q绕X轴旋转θ角、Y轴旋转β角、Z轴旋转γ角的旋转矩阵计算公式如下所示：R＝Rz×Rx×Ry其中，Rx表示绕X轴旋转的矩阵，Ry表示绕Y轴旋转的矩阵，Rz表示绕Z轴旋转的矩阵,R表示图像的透视变换矩阵；计算图像的变化矩阵，设有畸变的子标定板图像为I(x，y),该图像的长和宽分别为H和W，在图像I上任意选取一点作为透视投影变换的投影中心点，该点用(centerx，centery)表示，则图像I绕X、Y轴旋转的角度计算公式如下：根据所获得图像I绕X、Y轴的旋转角度θ与β后，根据上述的旋转矩阵计算公式可以得出图像的透视变换矩阵R。其中，在上述方法中，所述步骤S22中计算有畸变的子标定板图像与无畸变的子标定板图像特征点坐标之间的坐标映射表，并提取无畸变的子标定板图像的特征点坐标具体包括：设有畸变的子标定板图像的内参数矩阵为M1，畸变系数为K＝(k1，k2，k3，k4)，无畸变的子标定板图像的内参数矩阵为M2，映射大小为remp＝(sx，sy)，且其中，fx表示相机在成像平面x方向的等效焦距，fy表示相机在成像平面y方向的等效焦距，(cx，cy)表示主点在成像平面x、y方向上的特征点坐标；对无畸变图像中的任意一点o＝(u，v，1)T，经过透视矩阵变换后的物理坐标为o′＝(x，y，z)T，计算公式如下：选取等距投影畸变模型对上述物理坐标求取畸变物理坐标，根据畸变物理坐标计算畸变的特征点坐标，即可获得有畸变的子标定板图像与无畸变的子标定板图像特征点坐标之间的坐标映射表，等距投影的畸变模型如下所示：θd＝θ(1+k1θ2+k2θ4+k3θ6+k4θ8+…)其中，θ表示无畸变的入射角，θd表示畸变入射角。对畸变图像中的任意一点(uu，vv)，从无畸变的物理坐标获取畸变特征点坐标的计算方法如下：根据上述方法即可获得无畸变特征点坐标与畸变特征点坐标之间的坐标映射表，用map1，map2表示，计算方法如下：map1(u，v)＝uumap2(u，v)＝vv其中，在上述方法中，所述步骤S23中将提取的无畸变的子标定板图像的特征点坐标映射回有畸变的子标定板图像具体包括：利用计算得到的坐标映射表将提取的畸变子标定板图像映射为无畸变的子标定板图像，对无畸变的子标定板图像提取特征点坐标，然后根据所述坐标映射表将提取的无畸变的子标定板图像的特征点坐标映射回有畸变的子标定板图像上，以获得有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标。其中，在上述方法中，所述步骤S3中利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定具体包括：鱼眼相机标定模型的齐次坐标形式表示为：其中，表示图像平面坐标系中特征点坐标，表示标定板坐标系下的特征点；M表示相机的内参数矩阵；W表示用于定位观测的物体平面的物理变换，所述W包括与观测到的图像平面相关的部分旋转R和部分平移T的和，且W＝[R|T]。根据步骤S1中所采集的不同视场的标定靶图像，以及步骤S2中所提取的所有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标，并结合所述相机标定模型，计算鱼眼相机内参数和外参数，以实现对鱼眼相机的标定。本专利技术的鱼眼相机标定方法，通过包括如下步骤：首先，利用鱼眼相机采集标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像；然后，将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标；最后，利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定。该方法采用从无畸变标定板中提取特征点然后映射回原有畸变的标定板中，可以确保有畸变的标定板图像的特征点提取的准确度，不会有特征点检测不到的情况出现，从而提高了鱼眼相机的标定精度。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供了一种鱼眼相机标定系统，包括：采集模块，用于利用鱼眼相机采集标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像；提取模块，用于将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标；以及标定模块，用于利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定。本专利技术的鱼眼相机标定系统，通过包括采集模块、提取模块和标定模块，使得本专利技术采用从无畸变标定板中提取特征点然后映射回原有畸变的标定板中，可以确保有畸变的标定板图像的特征点提取的准确度，不会有特征点检测不到的情况出现，从而提高了鱼眼相机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼眼相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、利用鱼眼相机采集标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像；步骤S2、将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标；步骤S3、利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定。

【技术特征摘要】
1.一种鱼眼相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、利用鱼眼相机采集标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像；步骤S2、将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标；步骤S3、利用相机标定模型并结合所述特征点坐标进行鱼眼相机的标定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中利用鱼眼相机采集不同视场的标定靶图像，并得到有畸变的子标定板图像具体包括：所述标定靶包含有多个子标定板，各子标定板依次相连且相互呈一定角度；所述鱼眼相机采集的标定靶图像数量为多张，并且每一次采集的标定靶图像的位置和角度均有变化。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述子标定板上设有用于获取该子标定板图像的特征点坐标的图案。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述图案为棋盘格或阵列式圆点。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中将采集到的有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，并提取所有有畸变的子标定板图像在成像平面内的特征点坐标具体包括以下步骤：步骤S21、对所有有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，得到去畸变的子标定板图像；步骤S22、计算有畸变的子标定板图像与无畸变的子标定板图像特征点坐标之间的坐标映射表，并提取无畸变的子标定板图像的特征点坐标；步骤S23、将提取的无畸变的子标定板图像的特征点坐标映射回有畸变的子标定板图像。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S21中对所有有畸变的子标定板图像进行透视投影变换，得到去畸变的子标定板图像具体包括：设三维空间中的点为Q，其坐标方程式为Q＝[X，Y，Z]，该点Q绕X轴旋转θ角、Y轴旋转β角、Z轴旋转γ角的旋转矩阵计算公式如下所示：R＝Rz×Rx×Ry其中，Rx表示绕X轴旋转的矩阵，Ry表示绕Y轴旋转的矩阵，Rz表示绕Z轴旋转的矩阵,R表示图像的透视变换矩阵；计算图像的变化矩阵，设有畸变的子标定板图像为I(x，y),该图像的长和宽分别为H和W，在图像I上任意选取一点作为透视投影变换的投影中心点，该点用(centerx，centery)表示，则图像I绕X、Y轴旋转的角度计算公式如下：根据所获得图像I绕X、Y轴的旋转角度θ与β后，根据上述的旋转矩阵计算公式可以得出图像的透视变换矩阵R。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S22中计算有畸变的子标定板图像与无畸变的子标定板图像特征点坐标之间的坐标映射表，并提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：许会，张智福，余思洋，陈捷，刘稹，
申请(专利权)人：长沙全度影像科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43