一种利用目标立面纹理进行数码相机检校的方法技术

本发明专利技术提出一种利用目标立面纹理进行数码相机检校的方法，包括：S1，获取具有三维线特征的目标的表面影像；S2，提取X、Y和Z三轴线纹理特征并进行正交直线分组；S3，以影像中的直线信息为观测值，对消失点建立平差模型，根据所述平差模型对单幅影像进行检校；S4，基于S3得到的单幅影像的检校参数，建立多影像的直线信息与检校参数直接关联的平差模型；S5，计算所述平差模型，得到相机检校参数。本发明专利技术专门对普通数码相机进行检校，检校时无需任何控制场或控制点信息，只需对人工建筑物拍摄即可检校相机全部内方位元素。校相机全部内方位元素。校相机全部内方位元素。

【技术实现步骤摘要】
一种利用目标立面纹理进行数码相机检校的方法


[0001]本专利技术涉及数码相机检校方法，更具体地，涉及一种利用立面纹理进行数码相机检校的方法。
[0002]
技术介绍

[0003]三维计算机视觉系统从相机获取的图像信息出发，计算三维环境物体的位置、形状等几何信息，并由此识别环境中的物体。图像上每一点的亮度反映了空间物体表面某点反射光的强度，而该点在图像上的位置则与空间物体表面相应点的几何位置有关，这些位置的相互关系，由相机成像几何模型所决定，该几何模型的参数称为相机内方位元素，这些参数必须由实验与计算来确定，实验与计算的过程称为相机的检校。
[0004]相机检校在如下应用中起着重要的作用：一、从计算机图像坐标中导出三维几何信息：由相机检校所确定的相机模型和参数能够提供一种给定某目标点的图像坐标，确定一条实际目标点必在其上的空间直线的方法（即共线条件），利用两幅这样的图像，就可由两条直线的交点确定这一目标点的空间位置。这种极为重要的信息可以应用于立体测量、三维重建、机电元件的自动装配、汽车车身视觉检测、机器人视觉等重要领域中。
[0005]二、由三维信息导出二维计算机图像坐标：在利用机器视觉的模型驱动的检测和装配应用中，关于物体三维空间位置、方向的一个假设可以利用相机模型和参数转化为对其所成图像的一个假设，对比该假设图像和实际拍摄的图像即可拒绝或确认对物体及其空间位置的假设。
[0006]相机检校，就是通过建立已知物像点对应关系模型，计算成像系统内外几何及光学参数，从而获取模型参数。一旦建立了这种对应关系，就可以通过二维像点坐标推出物点三维世界坐标，或相反的，从已知的三维信息推出二维信息。由此可知，相机检校是摄影测量与计算机视觉实现的前提和基本问题且受到国内外学者的广泛关注。
[0007]传统相机检校方式是在高精度控制场中进行的。高精度控制场一般是由建在室内的高精度三维控制点群组成，这些控制点都是经过精密测绘仪器量测得到，并且控制点连杆底部用油封处理，防止热胀冷缩带来的控制点位变化。目前，我国只有武汉大学、山东科技大学等少数几家机构专门为相机检校建立高精度室内控制场。同时中国测绘科学研究院也已建成高精度室外控制场，专门用于相机检校。这种高精度控制场精度要求高、维护成本高、同时受地域限制，给相机检校带来很大不便，有的地方根本没有控制场，因此就无法检校。虽后期有很多二维控制场进行相机检校，但这些二维控制场也需要进行高精度量测，不便于随时随地进行相机检校。
[0008]
技术实现思路

[0009]针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出一种利用目标立面纹理进行数码相机检校的方法，包括：S1，获取具有三维线特征的目标的表面影像；S2，提取X、Y和Z三轴线纹理特征并进行正交直线分组；S3，以影像中的直线信息为观测值，对消失点建立平差模型，根据所述平差模型对单幅影像进行检校；S4，基于S3得到的单幅影像的检校参数，建立多影像的直线信息与检校参数直接关联的平差模型；S5，计算所述平差模型，得到相机检校参数。
[0010]优选地，在步骤S1中，所述表面影像通过旋转相机光轴以不同角度拍摄得到。
[0011]优选地，步骤S2包括：对每幅图像进行边缘检测，得到边缘点；对所述边缘点进行直线段拟合；对所述直线段进行正交直线分组。
[0012]优选地，在步骤S3中，单像中的三个消失点分别求得内外方位元素后，根据已知物方点、线、面之间的几何关系，对目标进行三维重建，从而实现基于单像的检校与建模。
[0013]优选地，步骤S3还包括：对每个单幅影像检校，得到检校参数初值和三轴消失点初值。
[0014]优选地，在步骤S4中，将内外方位元素纳入到平差模型中，并通过对目标旋转拍摄产生的多方位影像进行检校。
[0015]优选地，在步骤S4中，利用光线畸变模型对多影像三轴正交线特征联合平差检校，得到带有畸变差改正的平差模型。
[0016]优选地，在步骤S4中建立平差模型的方法包括：1）针对一个轴向，根据投影几何获得消失点与外方位角元素的函数关系；2）在平差中可以不将消失点作为未知参数，对所述函数关系线性化；3）获取三个轴向的线性化的消失点与外方位角元素的函数关系。
[0017]优选地，步骤S4中平差模型包括：三轴正交直线的起始点坐标信息，相机待检校的五个参数：焦距、主点x坐标、主点y坐标、光学畸变参数K1和光学畸变参数K2。
[0018]优选地，在步骤S5中，将每幅影像的三轴正交直线信息与相机五个参数按照步骤S4中的平差模型，构建方程，解求相机检校参数。
[0019]本专利技术可以对普通数码相机进行检校，检校时无需任何控制场或控制点信息，只需对人工建筑物拍摄即可检校相机全部内方位元素。
[0020]附图说明
[0021]为了更容易理解本专利技术，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本专利技术。这些附图只描绘了本专利技术的典型实施方式，不应认为对本专利技术保护范围的限制。
[0022]图1为本专利技术的方法的一个实施例的流程图。
[0023]图2为旋转相机拍摄的4幅原始影像，其中（A）、（B）、（C）、（D）表示不同旋转角度。
[0024]图3为三个轴方向上的直线提取与分组的示意图，其中（A）表示X轴方向，（B）表示Y轴方向，（C）表示Z轴方向。
[0025]图4为消失点与方位元素之间的几何关系图。
[0026]图5为一个立方体模型图。
[0027]图6显示了第一组试验结果。
[0028]图7显示了第二组试验结果。
[0029]图8显示了第三组试验结果。
[0030]图9显示了第四组试验结果。
[0031]图10显示了第五组试验结果。
[0032]图11显示了第六组试验结果。
[0033]具体实施方式
[0034]下面参照附图描述本专利技术的实施方式，以便于本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所列举的实施例不作为本专利技术的限定，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，其中相同的部件用相同的附图标记表示。
[0035]如图1所示，本专利技术的方法包括：S1.获取数据，获取具有三维线特征（例如建筑物）的目标表面影像。S2.进行X、Y、Z三轴线特征数据的提取与分组。S3.对单幅影像进行几何数据模型的检校。S4.构建目标线特征与相机检校参数的几何检校模型。S5.计算平差模型，输出相机检校参数。
[0036]下面详细描述步骤S1获取数据。如图2所示，为旋转相机拍摄的4幅原始影像，其中（A）为旋转0度，（B）为旋转90度，（C）为旋转180度，（D）为旋转270度。拍摄目标为存在两个正交平面的建筑物，且建筑物的每个表面都有两个垂直方向的直线轮廓信息。若相机位于两个平面所夹的大角度中，本专利技术称之为凸面；若位于两平面所夹的小角度中，则称为凹面。无论是凹面还是凸面，只要满足上述条件皆可作为拍摄目标。拍摄方式为旋转摄影，即将相机大致绕光轴旋转拍摄，拍摄时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用目标立面纹理进行数码相机检校的方法，其特征在于，包括：S1，获取具有三维线特征的目标的表面影像；S2，提取X、Y和Z三轴线纹理特征并进行正交直线分组；S3，以影像中的直线信息为观测值，对消失点建立平差模型，根据所述平差模型对单幅影像进行检校；S4，基于S3得到的单幅影像的检校参数，建立多影像的直线信息与检校参数直接关联的平差模型；S5，计算所述平差模型，得到相机检校参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述表面影像通过旋转相机光轴以不同角度拍摄得到。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：对每幅图像进行边缘检测，得到边缘点；对所述边缘点进行直线段拟合；对所述直线段进行正交直线分组。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，单像中的三个消失点分别求得内外方位元素后，根据已知物方点、线、面之间的几何关系，对目标进行三维重建，从而实现基于单像的检校与建模。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S3还包括：对每个单幅影像检校，得到检校...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文寒，薛玉彩，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：