一种中心折反射摄像机内参数标定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种中心折反射摄像机内参数标定方法及系统，方法包括：获取不同位置拍摄三幅含有靶标的图像；从三幅图像中分别提取靶标图像边缘点，并采用最小二乘法拟合获得靶标方程；根据靶标方程确定消失线；将消失线上的消失点与镜面轮廓的像相交，获得各图像对应的圆环点的像；根据三幅图像对应的三对圆环点的像与绝对二次曲线的像的关系得到绝对二次曲线的像；对二次曲线的像进行分解及求逆获得内参数矩阵；根据内参数矩阵求解中心折反射摄像机的内参数。本发明专利技术公开的方案无需已知镜面参数，只需两个球作为靶标就可以标定中心折反射摄像机的内参数，不仅求解简单，还能够全部提取该靶标的图像边界点，进而提高标定精度。进而提高标定精度。进而提高标定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种中心折反射摄像机内参数标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机视觉
，特别是涉及一种中心折反射摄像机内参数标定方法及系统。

技术介绍

[0002]计算机视觉应用于工业、医学、交通、物流等各个方面，而摄像机标定是计算机视觉实现的重要一步。二维图像上的像点是由摄像机的内参数和外参数共同决定的，其中内参数是由摄像机本身决定，外参数是摄像机与世界中物体的相对位置。摄像机标定就是通过建立模型进行计算得到摄像机的参数。摄像机标定是从2D图像到3D重构的桥梁，摄像机标定的精度又是计算机获得准确的外部信息的关键之处。为了扩大成像视野，将传统摄像机与镜面相组合起来，这就是通常所说的折反射摄像机。根据折反射摄像机是否具有固定的单一有效视点将其分为中心和非中心两类。中心折反射摄像机不但具有大的视野角，而且通过它获得的图像容易转化为透视图像，因此有着广泛的应用。
[0003]在摄像机标定中，以球作为标定物较为常见。球的几何特征明显，且球像易提取，故球作为标定物在摄像机标定中应用比较广泛。文献“Catadioptric camera calibration using geometric invariants”，(X.Ying,Z.Hu，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2004,13(12):1260
‑
1271.)分析了摄像机内参数与球像和线像之间的关系，根据直线和球提供的不变量进行标定。但是该方法是非线性的，在优化过程中对内参数初始值的精确性要求很高。
[0004]文献“A new linear algorithm for Calibrating central catadioptric cameras”，(F.Wu,F.Duan,Z.Hu,et al，Pattern Recognition,2008,41(10):3166
‑
3172.)提出在中心折反射摄像机下点与其对拓点以及成像后像点与对拓像点的关系进行标定，但需要已知镜面参数。
[0005]文献“A calibration method for paracatadioptric camera from sphere images”，(H.Duan,Y.Wu，Pattern Recognition Letters,2012,33(6):677
‑
684.)利用它们的平行性质求解得到两个圆的四个共轭虚交点，通过拟仿射不变性得到圆环点的像，进而得到内参数，但是需要已知镜面参数才可以利用对拓的性质。
[0006]球在单位视球上形成一对对拓小圆，文献“Paracatadioptric camera calibration using sphere images and common self
‑
polartriangles”，(Y.Zhao,X.Yu,Optical Review,2019,26(1):1
–
12)提出利用球像的公共自极三角形获得消失点进而获得消失线，求解出圆环点的像，但是需要求解球在单位视球上形成的小圆所在的平面法向量，增加了计算的复杂度且要用到对拓的性质。
[0007]文献“Intrinsic parameter determination of a paracatadioptric camera by the intersection of two sphere projections”，(Y.Zhao,Y.Wang,OpticalSociety of American Optics Image Science&Vision,2015,32(11):2201
‑
2209.)利用相交双球进行标定，根据对拓像点的性质，可得到球像交点与对拓球像交点互为对拓像点，四个像点获
得一组正交消失点。但是相交的双球部分因为遮挡导致球像在像平面上不能被完全提取，影响标定的精确性。
[0008]摄像机光心与球在单位视球上形成的小圆形成一个斜圆锥，文献“Identical projective geometric properties of central catadioptric line images and sphere images with applications to calibration”，(X.Ying,H.Zha,International Journal of Computer Vision78(2008):89
‑
105.)根据斜圆锥及其成像的关系推导得到修正的绝对二次曲线的像，进而利用双接触定理线性地求解内参数，该方法在椭球面镜和双曲面镜下是适用的，但在抛物面镜下是退化的，运算较复杂且需要已知镜面参数。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种中心折反射摄像机内参数标定方法及系统，以提高标定精度。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种中心折反射摄像机内参数标定方法，所述方法包括：
[0011]利用中心折反射摄像机从不同位置拍摄三幅含有靶标的图像；由空间中两个球构成靶标；
[0012]从三幅图像中分别提取靶标图像边缘点，并采用最小二乘法拟合获得靶标方程；
[0013]根据所述靶标方程确定消失线；
[0014]将所述消失线上的消失点与镜面轮廓的像相交，获得各图像对应的圆环点的像；
[0015]根据极点极线和共轭直径的关系得到各图像对应的两组正交消失点；
[0016]根据三幅图像对应的三对圆环点的像或六组正交消失点与绝对二次曲线的像的关系得到绝对二次曲线的像ω；
[0017]根据对二次曲线的像ω进行Cholesky分解及求逆，获得中心折反射摄像机的内参数矩阵K
c
；
[0018]根据中心折反射摄像机的内参数矩阵K
c
求解中心折反射摄像机的内参数。
[0019]可选地，所述根据所述靶标方程确定消失线，具体包括：
[0020]由所述靶标方程对(c0,c1)的广义特征值及广义特征向量分解，得到镜面轮廓C0所在平面π0在像上的一个消失点v
1∞
；
[0021]由所述靶标方程对(c0,c2)的广义特征值及广义特征向量分解，得到镜面轮廓C0所在平面π0在像上的另外一个消失点v
2∞
；其中，c0为正圆锥Q0的投影像，c1,c2分别为斜圆锥Q1,Q2的投影像；
[0022]根据消失点v
1∞
和消失点v
2∞
确定消失线。
[0023]可选地，所述根据三幅图像对应的三对圆环点的像或六组正交消失点与绝对二次曲线的像的关系得到绝对二次曲线的像ω，具体包括：
[0024]采用SVD分解三幅图像对应的三对圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束关系，得到绝对二次曲线的像ω；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中心折反射摄像机内参数标定方法，其特征在于，所述方法包括：利用中心折反射摄像机从不同位置拍摄三幅含有靶标的图像；由空间中两个球构成靶标；从三幅图像中分别提取靶标图像边缘点，并采用最小二乘法拟合获得靶标方程；根据所述靶标方程确定消失线；将所述消失线上的消失点与镜面轮廓的像相交，获得各图像对应的圆环点的像；根据极点极线和共轭直径的关系得到各图像对应的两组正交消失点；根据三幅图像对应的三对圆环点的像或六组正交消失点与绝对二次曲线的像的关系得到绝对二次曲线的像ω；根据对二次曲线的像ω进行Cholesky分解及求逆，获得中心折反射摄像机的内参数矩阵K
c
；根据中心折反射摄像机的内参数矩阵K
c
求解中心折反射摄像机的内参数。2.根据权利要求1所述的中心折反射摄像机内参数标定方法，其特征在于，所述根据所述靶标方程确定消失线，具体包括：由所述靶标方程对(c0,c1)的广义特征值及广义特征向量分解，得到镜面轮廓C0所在平面π0在像上的一个消失点v
1∞
；由所述靶标方程对(c0,c2)的广义特征值及广义特征向量分解，得到镜面轮廓C0所在平面π0在像上的另外一个消失点v
2∞
；其中，c0为正圆锥Q0的投影像，c1,c2分别为斜圆锥Q1,Q2的投影像；根据消失点v
1∞
和消失点v
2∞
确定消失线。3.根据权利要求1所述的中心折反射摄像机内参数标定方法，其特征在于，所述根据三幅图像对应的三对圆环点的像或六组正交消失点与绝对二次曲线的像的关系得到绝对二次曲线的像ω，具体包括：采用SVD分解三幅图像对应的三对圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束关系，得到绝对二次曲线的像ω；采用SVD分解三幅图像对应的六组正交消失点与绝对二次曲线的像的关系，得到绝对二次曲线的像ω。4.根据权利要求3所述的中心折反射摄像机内参数标定方法，其特征在于，所述三幅图像对应的三对圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束关系的具体公式为：其中，m
1+
为圆环点的像，Re、Im分别表示实部和虚部。5.根据权利要求2所述的中心折反射摄像机内参数标定方法，其特征在于，所述三幅图像对应的六组正交消失点与绝对二次曲线的像的关系的具体公式为：v
i∞T
ωv
′
i∞
＝0其中，消失点v
′
i∞
与消失点v
i∞
构成一组正交消失点。6.根据权利要求2所述的中心折反射摄像机内参数标定方法，其特征在于，所述根据消失点v
1∞
和消失点v
2∞
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵越，王思文，彭程，潘东东，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：