本发明专利技术涉及一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法级系统，方法包括：获取针孔摄像机拍摄的多张靶标图像；根据多张所述靶标图像确定共焦二次曲线的像的方程；根据所述共焦二次曲线的像的方程利用位置或者叉乘确定消失线；根据所述消失线和所述共焦二次曲线的像的方程确定圆环点的像或者正交消失点；根据所述圆环点的像求解绝对二次曲线的像，或者根据所述正交消失点求解绝对二次曲线的像；根据所述绝对二次曲线的像确定摄像机内参数。本发明专利技术能够提高摄像机内参数标定的准确性。能够提高摄像机内参数标定的准确性。能够提高摄像机内参数标定的准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法及系统
[0001]本专利技术涉及计算机视觉领域，特别是涉及一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法及系统。
技术介绍
[0002]计算机视觉可分为三个部分：图像特征的提取与处理，相关参数信息的计算，物体识别与三维重构，它的基本目的是根据若干幅场景的图像去获得三维场景中物体的形状、姿态、运动等结构信息。而摄像机标定是计算机视觉领域的关键技术之一，在二维图像平面上，像点的位置信息只与摄像机的内部结构和摄像机与场景的相对位置有关，一般称摄像机内部结构为内参数，称相对位置为外参数，而求解摄像机内参数和外参数的过程称为摄像机标定。在完成摄像机标定后，可以通过多视图几何原理来进行三维重构，从而恢复图像物体的三维信息，而摄像机标定的精度决定了恢复程度的好坏，因此研究摄像机标定具有重要意义。针孔摄像机模型通常称为线性模型，该模型成像简单，且具有固定的单一有效视点，因此被广泛研究。
[0003]在针孔摄像机标定发展过程中，最早出现的是摄像机自标定技术。有现有技术提出了一种不需要已知标定物形状的摄像机自标定方法，只需匹配图像序列之间的点对应，但算法比较复杂，难以实现。随着标定理论的成熟，后续出现了大量基于二次曲线的标定方法，其优点在于不用考虑点的匹配问题，与无穷远直线相交于绝对点，稳定性较好，在像平面易获取。有现有技术分析了同心圆的公共自极三角形性质，发现同心圆有无穷个公共自极三角形，且为直角三角形，该三角形两个点为无穷远点，另外一个点为圆心，由此提出了基于正交消失点和圆环点的像的两种标定方法。有现有技术以同心圆的投影的对偶为基础组成二次曲线束，讨论了同心圆的投影的代数约束和几何约束，进一步恢复了仿射结构和欧氏结构。有现有技术提出了一种利用同心圆的公切线性质求解圆心的像的算法，发现同心圆的公切线交于圆心，利用圆上的像点与圆心的像的连线可以构造正交消失点，进而标定摄像机，但是没有考虑二次曲线的情况。有现有技术分析了两条主轴对齐二次曲线的广义特征值分解，发现其中两个广义特征向量恰好是一对正交方向上的无穷远点，可以提供对绝对二次曲线的一个约束，并且通过求解绝对点的像可以获得绝对点的对偶的像，利用SVD分解可以获得相差一个平移变换的投影矩阵，通过张氏标定法可以进一步求解外参，但该方法在二次曲线离心率未知时不适用。有现有技术进一步分析了二次曲线主轴平行的情况，利用绝对点的对偶是圆环点的对偶的一般形式，同样可以恢复欧氏结构，并讨论了两条同心二次曲线的组合，分析了秩为1和2的情况。还有现有技术分析了有心共焦二次曲线的代数性质，通过分析共焦二次曲线的性质和广义特征值，讨论了在已知实焦点的像、已知半轴乘积、未知其它信息三种情况下如何求解圆环点的对偶的像，但是没有考虑抛物线的情况。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法及系统，以提高摄像机内参数标定的准确性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法，包括：
[0007]获取针孔摄像机拍摄的多张靶标图像；
[0008]根据多张所述靶标图像确定共焦二次曲线的像的方程；
[0009]根据所述共焦二次曲线的像的方程利用位置或者叉乘确定消失线；
[0010]根据所述消失线和所述共焦二次曲线的像的方程确定圆环点的像或正交消失点；
[0011]根据所述圆环点的像求解绝对二次曲线的像，或者根据所述正交消失点求解绝对二次曲线的像；
[0012]根据所述绝对二次曲线的像确定摄像机内参数。
[0013]可选的，所述根据多张所述靶标图像确定共焦二次曲线的像的方程，具体包括：
[0014]提取多张所述靶标图像的边缘点的像素坐标；
[0015]利用最小二乘法拟合所述边缘点的像素坐标得到共焦二次曲线的像的方程。
[0016]可选的，所述根据所述共焦二次曲线的像的方程利用位置或者叉乘确定消失线，具体包括：
[0017]当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦椭圆的像的方程时，通过位置确定消失线；
[0018]当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦抛物线的像的方程时，通过叉乘确定消失线。
[0019]可选的，所述根据所述消失线和所述共焦二次曲线的像的方程确定圆环点的像或正交消失点，具体包括：
[0020]将所述消失线和所述共焦二次曲线的像的一对共轭复切线相交，确定圆环点的像；
[0021]当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦椭圆的像的方程时，根据所述共焦椭圆的主轴的像与所述消失线的交点确定正交消失点；
[0022]当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦抛物线的像的方程时，根据准线方向、所述共焦椭圆的像与消失线的切点确定正交消失点。
[0023]可选的，所述根据所述绝对二次曲线的像确定摄像机内参数，具体包括：
[0024]对所述绝对二次曲线的像进行Cholesky分解再求逆，得到摄像机内参数矩阵；
[0025]根据所述摄像机内参数矩阵得到摄像机内参数。
[0026]一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的系统，包括：
[0027]获取模块，用于获取针孔摄像机拍摄的多张靶标图像；
[0028]共焦二次曲线的像的方程确定模块，用于根据多张所述靶标图像确定共焦二次曲线的像的方程；
[0029]消失线确定模块，用于根据所述共焦二次曲线的像的方程利用位置或者叉乘确定消失线；
[0030]圆环点的像或正交消失点确定模块，用于根据所述消失线和所述共焦二次曲线的
像的方程确定圆环点的像或正交消失点；
[0031]绝对二次曲线的像求解模块，用于根据所述圆环点的像求解绝对二次曲线的像，或者根据所述正交消失点求解绝对二次曲线的像；
[0032]摄像机内参数确定模块，用于根据所述绝对二次曲线的像确定摄像机内参数。
[0033]可选的，所述共焦二次曲线的像的方程确定模块，具体包括：
[0034]提取单元，用于提取多张所述靶标图像的边缘点的像素坐标；
[0035]拟合单元，用于利用最小二乘法拟合所述边缘点的像素坐标得到共焦二次曲线的像的方程。
[0036]可选的，所述消失线确定模块，具体包括：
[0037]位置确定单元，用于当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦椭圆的像的方程时，通过位置确定消失线；
[0038]叉乘确定单元，用于当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦抛物线的像的方程时，通过叉乘确定消失线。
[0039]可选的，所述圆环点的像或正交消失点确定模块，具体包括：
[0040]圆环点的像确定单元，用于将所述消失线和所述共焦二次曲线的像的一对共轭复切线相交，确定圆环点的像；
[0041]第一正交消失点确定单元，用于当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦椭圆的像的方程时，根据所述共焦椭圆的主轴的像与所述消失线的交点确定正交消失点；
[0042]第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法，其特征在于，包括：获取针孔摄像机拍摄的多张靶标图像；根据多张所述靶标图像确定共焦二次曲线的像的方程；根据所述共焦二次曲线的像的方程利用位置或者叉乘确定消失线；根据所述消失线和所述共焦二次曲线的像的方程确定圆环点的像或正交消失点；根据所述圆环点的像求解绝对二次曲线的像，或者根据所述正交消失点求解绝对二次曲线的像；根据所述绝对二次曲线的像确定摄像机内参数。2.根据权利要求1所述的基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法，其特征在于，所述根据多张所述靶标图像确定共焦二次曲线的像的方程，具体包括：提取多张所述靶标图像的边缘点的像素坐标；利用最小二乘法拟合所述边缘点的像素坐标得到共焦二次曲线的像的方程。3.根据权利要求1所述的基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法，其特征在于，所述根据所述共焦二次曲线的像的方程利用位置或者叉乘确定消失线，具体包括：当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦椭圆的像的方程时，通过位置确定消失线；当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦抛物线的像的方程时，通过叉乘确定消失线。4.根据权利要求1所述的基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法，其特征在于，所述根据所述消失线和所述共焦二次曲线的像的方程确定圆环点的像或正交消失点，具体包括：将所述消失线和所述共焦二次曲线的像的一对共轭复切线相交，确定圆环点的像；当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦椭圆的像的方程时，根据所述共焦椭圆的主轴的像与所述消失线的交点确定正交消失点；当所述共焦二次曲线的像的方程为共焦抛物线的像的方程时，根据准线方向、所述共焦椭圆的像与消失线的切点确定正交消失点。5.根据权利要求1所述的基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的方法，其特征在于，所述根据所述绝对二次曲线的像确定摄像机内参数，具体包括：对所述绝对二次曲线的像进行Cholesky分解再求逆，得到摄像机内参数矩阵；根据所述摄像机内参数矩阵得到摄像机内参数。6.一种基于共焦二次曲线标定针孔摄像机的系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取针孔摄像机拍摄的多张靶标图像；共焦二次曲线的像的方程确定模...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘倚才，赵越，彭程，潘东东，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：
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