【技术实现步骤摘要】
基于椭圆对偶二次曲线的迭代相机标定方法及装置
[0001]本专利技术涉及机器视觉
，尤其是指一种基于椭圆对偶二次曲线的迭代相机标定方法及装置。
技术介绍
[0002]在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，因此必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程被称之为相机标定，因此在机器视觉应用中，相机参数的标定是非常关键的环节，然而在机器视觉中，由于棋盘格角点对噪声和图像质量比较敏感，导致其角点坐标检测精度较低，圆形特征对噪声的抑制性比较强，检测精度高，因此圆模式的平面标定板在高精度的相机标定中被广泛应用。
[0003]然而圆模式的平面标定板在相机标定时，其主要依赖于一组事先提取的轮廓点，由于其不能够进行多组标定，导致其对光源、反射等非均匀照明非常敏感，被投影椭圆的圆心并不一定是正圆圆心的投影，同时圆环还会受到畸变的影响，继而产生偏心误差，影响相机标定精度。
专利...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆对偶二次曲线的迭代相机标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使用相机对标定板进行多次拍摄，获得标定板图像，对所述标定板图像进行预处理；S2：利用椭圆对偶二次曲线提取标定板图像上的椭圆圆心坐标；S3：根据椭圆圆心坐标对应的二维像素坐标和三维空间坐标对相机进行标定，求解得到相机参数的初始值和第一重投影误差；S4：根据相机参数的初始值校正标定板图像中的透视投影与镜头畸变，将标定板图像转换到正向视图，使被投影椭圆校正为近似的正圆，得到校正后的标定板图像；S5：利用椭圆对偶二次曲线提取校正后的标定板图像上的正圆圆心坐标；S6：根据相机参数的初始值，将正圆圆心坐标重投影回原始的相机坐标系，根据正圆圆心坐标在相机坐标系下的坐标重新对相机进行标定，并求解得到第二重投影误差；S7：根据第一重投影误差和第二重投影误差进行收敛性判断，若第二重投影误差小于第一重投影误差，则重复S4到S7的操作，若第二重投影误差大于等于第一重投影误差，则结束操作。2.根据权利要求1所述的基于椭圆对偶二次曲线的迭代相机标定方法，其特征在于，在S2中，对所述标定板图像进行预处理的方法包括：S2.1：定义高斯函数，将标定板图像中包含椭圆的区域利用高斯滤波器计算出图像梯度，该图像梯度定义了通过像素中心的法线方向，其中高斯函数定义为式中，σ为标准方差，u为均值；S2.2：将高斯函数转化为5
×
5的滤波模板，卷积核比例系数设置为1，计算出标定板图像中每个像素的横向和纵向的梯度记为G(x)和G(y)，将梯度方向即法线方向定义为S2.3：定义与法线方向垂直的每条切线的权重，获取切线集合，其中权重公式定义为S2.4：利用切线集合获取椭圆对偶二次曲线参数，并根据椭圆对偶二次曲线参数求解得到椭圆圆心坐标。3.根据权利要求2所述的基于椭圆对偶二次曲线的迭代相机标定方法，其特征在于，在S2.4中，利用切线集合获取椭圆对偶二次曲线参数，并根据椭圆对偶二次曲线参数求解得到椭圆圆心坐标的方法包括：S2.41：空间圆透视投影到成像平面上是一条二次曲线，设其圆心在原点的方程为Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0(4)，式中，A,B,C,D,E,F为二次曲线的系数，切线集合中的切线被称为
对偶二次曲线，其参数Q
*
定义为式中，A',B',C',D',E',F'为对偶二次曲线的系数：S2.42：给定一组切线集合l
i
，对偶二次曲线Q
*
的参数向量设置为ψ＝{A',B',C',D',E',F'}，Q
*
通过线性最小二乘估算使近似拟合函数Φ(ψ)达到最小值，求得对偶二次曲线的各个参数，其中式中，l
i
为切线集合，l
iT
为切线集合矩阵的转置，ω为每条切线的权重，ψ为对偶二次曲线Q
*
的参数向量；S2.43：将对偶二次曲线系数矩阵求逆得到椭圆曲线系数矩阵，通过式(7)和式(8)获取椭圆圆心坐标和式中，x0，y0分别为椭圆圆心在x与y轴上的坐标，A,B,C,D,E,F为二次曲线的系数。4.根据权利要求1所述的基于椭圆对偶二次曲线的迭代相机标定方法，其特征在于，在S3中，求解得到相机参数和第一重投影误差的方法包括：S3.1：在理想无畸变情况下计算相机参数的初始值，同时考虑镜头畸变，利用最小二乘法计算非线性畸变参数；S3.2：根据相机内外参数和非线性畸变参数计...
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