一种共面圆圆心投影点的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种共面圆圆心投影点的定位方法，通过共面双圆在摄像机图像平面上的椭圆来构造二次曲线，获取该二次曲线的特征值和特征向量来得到共面双圆的透视投影不变点和双圆的结构参数，再利用交比不变原理来确定图像平面上的双圆圆心的真实投影点。本发明专利技术无需已知共面双圆的任何结构参数，便可以确定双圆圆心的真实投影点，并且可得到双圆的结构参数，方法简单易行，且具有较好的实用性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理中的定位技术，尤其涉及。
技术介绍
由于圆投影在图像平面上的椭圆是由大量边缘点定义，而曲线拟合过程对图像点 的噪声有平滑作用，因此，圆特征具备较强的抗噪声能力，利用现有的拟合算法便可以精确 的获得其参数。圆心投影点的定位是视觉任务中图像处理过程的基本任务，在完成圆心投 影点定位的基础上，才可以进一步完成摄像机标定、相对位置姿态测量、图像的度量矫正以 及一些涉及到圆特征的3D重构等图像处理过程。目前，圆心投影点的定位多应用于摄像机 标定、摄像机视觉姿态测量、以及无人机的自主着陆等方面。 圆心投影点的定位过程中，圆在透视投影中其圆心的投影点存在透视畸变，且该 圆心投影点与所投影的椭圆的圆心点在通常条件下并不重合。因此，直接使用椭圆圆心点 定位圆心的真实投影点来进行标定或者姿态测量，不仅理论上会存在误差，而且在实际应 用中也会影响后续处理过程的精度。Heikkila(海奇拉)等人在1997年的Proceedings of the IEEE ComputerSocietyConference on Computer Vision and Pattern Recognition(计算机视觉与模式视觉IEEE会议)上发表的论文A Four-st印Camera Calibration Procedurewith ImplicitImage Correction.(含有图像校正的4步法摄像机标定)中提到，利用已知各圆尺寸以及圆之间相对距离的阵列圆进行摄像机标定，具体是将椭圆中心作为特征点，采用非线性优化方法估计摄像机内外参数，并且由摄像机外部参数在非线性优化过程中对所得到的特征点的位置进行矫正以获得圆心的真实投影点的位置。这种处理方法不仅处理过程较为复杂、效率不高，而且需要已知阵列圆的排列方式和相对位置关系才能实现。 此夕卜，YihongWu(吴毅红)等人在2006年4月发表于Image andVisionComputing(图像与视觉计算)上的论文Coplanar circles, quasi-affineinvarianceand calibration.(共面圆，准仿射不变量以及摄像机标定)中提出了一种利用共面双圆进行摄像机自标定的方法，通过比较双圆在图像平面上的交点的位置关系，来确定真实的虚圆点位置。该方法在计算过程中需要确定两个构造的二次曲线之间的交点，以便通过极点-极线约束来获得圆心的真实投影点位置。显然，这种定位方法需要较为复杂的处理过程，才可以确定两个二次曲线的交点，从而增加了定位处理过程的复杂度，降低了定位处理过程中算法的稳定性，而且无法获得双圆的结构参数。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供，能解决现有技术中圆心真实投影点定位中处理过程复杂的问题。 为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的 本专利技术提供了，所述方法包括 A、获取摄像机拍摄处于同一平面的两个共面圆得到的测量图像，对该测量图像进行边缘提取处理，获取测量图像中的椭圆边缘点，并根据所获取的椭圆边缘点，得到所述共面圆投影在所述测量图像平面上的椭圆表达式； B、根据得到的椭圆表达式构造二次曲线，得到所述二次曲线的特征值及对应的特 征向量； C、根据所述特征向量得到所述共面圆的投影不变点，确定所述共面圆圆心连线的 投影直线，并得到该投影直线与所述椭圆的交点；并根据所述特征值确定所述共面圆的结 构参数； D、根据所述共面圆圆心连线的投影直线与所述椭圆的交点、以及所述共面圆的结 构参数，由交比不变原理，确定所述共面圆圆心的真实投影点的位置。 上述方案中，步骤A中所述对测量图像进行处理为通过Hessian矩阵法对所述测 量图像进行处理。 上述方案中，步骤B中在得到所述二次曲线的特征值及对应的特征向量后，还包 括B1、根据计算的所述特征向量，得到所述各特征向量之间的欧式距离；并根据所述欧式 距离中的最小值，对所述特征向量进行排序；B2、根据所述特征向量的排序结果，对所述特 征向量对应的特征值进行排序。 上述方案中，步骤C中所述根据特征向量得到投影直线与所述椭圆的交点具体包 括C11、根据排序后的所述特征向量，确定所述共面圆的投影不变点的齐次坐标；C12、根 据所述共面圆的投影不变点的齐次坐标，确定所述共面圆圆心连线的投影直线的表达式； C13、根据所述共面圆圆心连线的投影直线的表达式及所述椭圆的表达式，得到该投影直线 与所述椭圆的交点的坐标。上述方案中，步骤C中所述根据所述特征值确定所述共面圆的结构参数包括C21、根据排序后的所述特征值，确定所述共面圆中两圆之间的圆心距与各圆半径的比值；C22、根据所述圆心距与各圆半径的比值关系，得到所述共面圆中两圆半径的比值。 本专利技术所提供的共面圆圆心投影点的定位方法，通过共面双圆在摄像机图像平面上的椭圆来构造二次曲线，获取所构造二次曲线的特征值和特征向量，并根据特征值和特征向量得到共面双圆的透视投影不变点和双圆的结构参数，再利用交比不变原理来确定图像平面上的双圆圆心的真实投影点。本专利技术无需已知共面双圆的任何结构参数，便可以确定双圆圆心的真实投影点，并且可得到双圆的结构参数，方法简单易行，有效降低圆心投影点定位处理过程的复杂度，并提高处理效率，且具有较好的实用性、稳定性和可靠性。附图说明 图1为本专利技术共面圆圆心投影点的定位方法的方法流程图； 图2为本专利技术共面双圆投影的示意图； 图3为由摄像机拍摄获得的共面双圆和多边形的特征图像示意图； 图4为对图3进行图像处理后得到的椭圆边缘点和多边形边缘点的示意图； 图5为从图4中分离出的椭圆边缘点和多边形边缘点的示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进一步详细阐述。 本专利技术中共面圆圆心投影点的定位方法，参照图l，该方法主要包括以下步骤 步骤101 :获取摄像机拍摄共面圆得到的测量图像，对该测量图像进行边缘提取处理，获取测量图像中的椭圆边缘点； 这里，所述共面圆包括两个处于同一平面的圆；所述测量图像可以通过将被测物体置于单目视觉传感器的测量空间内，再由摄像机拍摄共面双圆来得到。 所述获取测量图像的椭圆边缘点可以通过采用Hessian矩阵法对测量图像进行边缘提取处理来实现。其中，Hessian矩阵法的具体步骤可以参照Steger C(斯特格)于1998年发表的论文Unbiased Extraction of Curvilinear Structuresfrom 2D and3D images (二维图像和三维图像中曲线结构的无偏提取)。另外，还可以通过简单常用的Ca皿y算子，Robert算子等图像处理方法来实现。 步骤102 :根据所获取的椭圆边缘点，得到所述共面圆投影在所述测量图像平面上的椭圆表达式； 这里，由获取的椭圆边缘点得到所述共面圆投影在所述测量图像平面上的椭圆表达式的方法为现有技术，在此不再赘述。 步骤103 :根据得到的椭圆表达式构造二次曲线，并得到所述二次曲线的特征值及对应的特征向量； 这里，在得到所述二次曲线的特征值及对应的特征向量后，还可以包括根据计算的所述特征向量，得到所述各特征向量之间的欧式距离；根据所述欧式距离中的最小值，对所述特征向量进行排序；根据所述特征向量的排序结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共面圆圆心投影点的定位方法，其特征在于，所述方法包括：　　　　Ａ、获取摄像机拍摄处于同一平面的两个共面圆得到的测量图像，对该测量图像进行边缘提取处理，获取测量图像中的椭圆边缘点，并根据所获取的椭圆边缘点，得到所述共面圆投影在所述测量图像平面上的椭圆表达式；　　　　Ｂ、根据得到的椭圆表达式构造二次曲线，得到所述二次曲线的特征值及对应的特征向量；　　　　Ｃ、根据所述特征向量得到所述共面圆的投影不变点，确定所述共面圆圆心连线的投影直线，并得到该投影直线与所述椭圆的交点；并根据所述特征值确定所述共面圆的结构参数；　　　　Ｄ、根据所述共面圆圆心连线的投影直线与所述椭圆的交点、以及所述共面圆的结构参数，由交比不变原理，确定所述共面圆圆心的真实投影点的位置。

【技术特征摘要】
一种共面圆圆心投影点的定位方法，其特征在于，所述方法包括A、获取摄像机拍摄处于同一平面的两个共面圆得到的测量图像，对该测量图像进行边缘提取处理，获取测量图像中的椭圆边缘点，并根据所获取的椭圆边缘点，得到所述共面圆投影在所述测量图像平面上的椭圆表达式；B、根据得到的椭圆表达式构造二次曲线，得到所述二次曲线的特征值及对应的特征向量；C、根据所述特征向量得到所述共面圆的投影不变点，确定所述共面圆圆心连线的投影直线，并得到该投影直线与所述椭圆的交点；并根据所述特征值确定所述共面圆的结构参数；D、根据所述共面圆圆心连线的投影直线与所述椭圆的交点、以及所述共面圆的结构参数，由交比不变原理，确定所述共面圆圆心的真实投影点的位置。2. 根据权利要求1所述共面圆圆心投影点的定位方法，其特征在于，步骤A中所述对测量图像进行处理为通过Hessian矩阵法对所述测量图像进行处理。3. 根据权利要求1所述共面圆圆心投影点的定位方法，其特征在于，步骤B中在得到所述二次曲线的特征值及对应的特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广军，赵征，魏振忠，王巍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]