本发明专利技术涉及一种平面上任意不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心构成，通过求取圆心的像的坐标，然后利用配极原则求取图像平面上的消影线来实现摄像机的内参数的线性求解。对靶标从不同方向拍摄三幅图像，提取每幅图像上的曲线方程，计算圆心的像和图像上的消影线方程，消影线和圆的像的交点是圆环点的像，建立圆环点的像关于摄像机内参数的约束方程，线性求解摄像机内参数矩阵。利用本发明专利技术中的靶标可实现全自动标定，减少了标定过程中由测量引起的误差。二次曲线是一种更简洁更全局化的基元，在标定过程中提高了精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机研究领域，涉及一种用于求解摄像机内参数的已知同心的圆靶标。利用场景中任意多个不同心的圆的圆心，通过求解三幅图像上的圆环点的像的坐标从而线性确定摄像机的内参数。
技术介绍
计算机视觉的基本任务之一，就是从摄像机获得的二维图像信息出发恢复物体在三维空间中的几何信息,从而识别和重建三维空间中物体的几何形状。在此过程中必须确定空间物体点的三维几何位置与其图像中的对应点之间的相互关系，而这种关系又由摄像 机成像的几何模型决定的，这些几何模型的参数就是摄像机参数。在大多数条件下，这些参数都是通过实验得到的，这就是摄像机标定。它一般分为传统标定和自标定两种方法，无论哪种标定方法，标定物体都是采用一些特殊的几何模型，例如平面正方形、三角形，圆，空间立方体、圆柱等等。如何建立这些几何模型与摄像机参数之间的关系尤其是某种线性的关系，是目前摄像机标定所追求的目标，也是目前计算机视觉领域研究的热点之一。传统的摄像机标定方法虽然可以获得较高的精度，但是标定块制作困难，不便于操作。针对这一问题文献“A flexible new technique for camera calibration，，，(Zhengyou Zhang ， IEEE Transactions on Pattern Analysis and MachineIntelligence, vol. 22，no. 11，pp. 1330-1334，2000.)提出了用平面模板代替传统标定块的方法，这种方法简单方便，成本低，并且能获得较高的精度，但需要精确定位模板上点阵的物理坐标。文献“Planar conic based camera calibration，，，(Changjiang Yang,Fengmei Sun ， Zhanyi Huj In Proceedings of International Conference on PatternRecognition, vol. 1，pp. 555-558，2000.)将这一方法作了推广，用图像和模板之间的二次曲线对应来标定摄像机，而不是利用点与点之间的对应。由于二次曲线是一种更简洁更全局化得基元，因而可以进一步提高方法的稳定性。于是用曲线解决标定问题被广泛研究。文献“A new easy camera calibration technique based on circular points，，，(Xiaoqiao Mengj Zhanyi Hu, Pattern Recognition, vol. 36，no. 5，pp. 115-1164，2003.)提出了用一个圆和通过圆心的若干条直线构成的标定模板，利用圆环点来求解摄像机内参数的方法，该方法首次将射影几何中的圆环点融入到摄像机标定中，于是圆环点成了摄像机自标定方法的理论基础(Hartley Richard, Zisserman Andrew，“Multiple viewgeometry in computer vision，，，Cambridge University Press, Cambridge, 2000·)。圆是平面上一条特殊的二次曲线，平面上所有的圆都通过圆环点。利用圆作为标定模板，结合圆环点的理论来进行摄像机标定的方法逐渐被推广。文献(Yihong WujHaijiang Zhuj Zhanyi Huj Fuchao Wuj “Camera calibration from the quasi-affineinvariance of two parallel circles，，，In Proceedings of the ECCVj pp. 190-202，2004.)提出了用平行圆标定的方法，根据平行圆的交点是圆环点直接求解两个平行圆的像的交点来完成标定。文献(Yihong Wuj Xinju Li，Fuchao Wuj Zhanyi Huj uCoplanarcircle, quasi-affine invariance and calibration，，， Image and Vision Computing,vol. 24，no. 4，pp. 319-326，2006.)讨论了平面上任意两个圆的位置关系，根据圆的位置关系计算图像中二次曲线的交点来求得圆环点的像。
技术实现思路
本专利技术提供了一种制作简单，适用广泛，稳定性好的用于求解摄像机内参数的靶标。该祀标是由平面上任意不同心圆的圆心组成，至少已知二个圆心。在求解摄像机内参数的过程中，只需摄像机从不同方位拍摄3幅图像就可以线性求解出摄像机内参数矩阵。本专利技术采用如下技术方案 本专利技术是由平面上任意不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心的用于摄像机自标定的靶标。具体的步骤包括提取图像上曲线方程，求解圆心的像的坐标，利用配极原则求取图像平面上的消影线，计算消影线与一个圆的投影曲线的交点得到两个圆环点的像的坐标，根据三幅图像上圆环点的像线性求解摄像机内参数矩阵K。(I)拟合图像中曲线方程 利用VC++6. O平台的OpenCV程序中的函数提取出图像特征点的坐标，并用最小二乘算法拟合图像中的各条曲线，获取图像上各条曲线方程。( 2)求解不同心的圆心的像的坐标 设圆Ql, 02，Ql为平面上不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心，Lttl为平面的无穷远直线，如图I所示，在世界坐标平面到图像平面的单应变换丑下，它们在图像平面上的像Ci (2 = 1,2,3 XLki对应于图像平面上消影线为如图2所示，在相差一个比例因子k(1 = 1,2,3)满足Ci =I = 1,2,3。假设圆β的圆心与世界坐标原点重合，图像平面上的存在一条曲线可以表示成含三个圆心的圆的投影曲线的线性组合，即Aj = C^-fiCf ,0 = 2,3),并且满足参数卢奪!]，detA-O,这是一个关于卢的一个三次方程，有三个根，通过方程-.戲;1G;1) = O ,可以解得4 = %/為，A,3 =++ φ， *— —U 二 2,3),其中，(IvAi)是圆込的圆心坐标，η为半径，为Qi的半径，爲J是方程的二重根将I代入=C/= 2,3)式得到一个秩为I的矩阵，它表示通过圆心的像的直线，从而可得 = CT1 - Ai-J1 = Λ_1(°Λ -°ι° ) ’ 其中’ 0V0J 表示圆 βι，Qj O = 2,3)的圆心的投影，过圆心的像的直线= 士是~ C/= 2，3)的特征值爲对应的广义特征向量，所以圆β 的圆心的像的坐标Cl x^b，同样的，的坐标可以计算出来。(3)计算图像平面上消影线的方程假设求出O1而為的齐次坐标分别为(^而1)>2，\1),(%，3，1),图像平面上消影线/齐次坐标为(％x2，X3)。消影线/为S i关于圆β 的像Cl的极线，点O2和点σ3分别关于圆β2的像C2和圆Qi的像C3的极线，因此，可得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于求解摄像机内参数的靶标，其特征在于此靶标是由平面上任意不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心构成，具体的步骤包括：提取图像上曲线方程，求解不同心圆的圆心的像的坐标，利用配极原则求取图像平面上的消影线，计算消影线与一个圆的投影曲线的交点得到两个圆环点的像的坐标，根据三幅图像上圆环点的像线性求解摄像机内参数矩阵：（1）拟合图像中曲线方程利用VC++6.0平台的OpenCV程序中的函数提取出图像特征点的坐标，并用最小二乘算法拟合图像中的各条曲线，获取图像上各条曲线方程；（2）求解三个圆圆心的像的坐标设圆？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？为平面上不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心，为平面的无穷远直线，在世界坐标平面到图像平面的单应变换下，它们在图像平面上的像（），对应于图像平面上消影线为，在相差一个比例因子（）满足：；假设圆的圆心与世界坐标原点重合，图像平面上的存在一条曲线可以表示成含三个圆心的圆的投影曲线的线性组合，即，并且满足参数,，这是一个关于的一个三次方程，有三个根，通过方程，可以解得，？，，其中，是圆的圆心坐标，为半径，为的半径，是方程的二重根，将代入式得到一个秩为1的矩阵，它表示通过圆心的像的直线，从而可得？，其中，表示圆,的圆心的投影，过圆心的像的直线是的特征值对应的广义特征向量，所以圆的圆心的像的坐标，同样的，的坐标可以计算出来；（3）计算图像平面上消影线的方程假设求出的齐次坐标分别为，图像平面上消影线齐次坐标为；消影线为点关于圆的像的极线，点和点分别关于圆的像和圆的像的极线，因此，可得，公式有三个未知数三个方程，可以唯一求出消影线方程；（4）计算两个圆环点的像的坐标根据透视变换的性质，相应地，在图像平面上，圆的像与无穷远直线的像(消影线)的交点是圆环点的像；（5）计算摄像机的内参数计算三幅图像上的正交方向消影点或圆环点的像的坐标，便可线性解出摄像机内参数，即内参数矩阵。2012104777104100001dest_path_image001.jpg,2012104777104100001dest_path_image002.jpg,2012104777104100001dest_path_image003.jpg,2012104777104100001dest_path_image004.jpg,2012104777104100001dest_path_image005.jpg,28790dest_path_image002.jpg,dest_path_image007.jpg,dest_path_image008.jpg,788673dest_path_image005.jpg,dest_path_image009.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image011.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image013.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image015.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image017.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image019.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image021.jpg,dest_path_image022.jpg,270208dest_path_image010.jpg,dest_path_image023.jpg,dest_path_image024.jpg,717282dest_path_image011.jpg,dest_path_image025.jpg,dest_path_image026.jpg,374397dest_path_image010.jpg,665701dest_path_image020.jpg,135996dest_path_image018.jpg,dest_path_image027.jpg,dest_path_image028.jpg,443219dest_path_image018.jpg,580939dest_path_image024.jpg,43144dest_path_image010.jpg,dest_path_image029.jpg,dest_path_image030.jpg,201210477710...
【技术特征摘要】
1.一种用于求解摄像机内参数的靶标，其特征在于此靶标是由平面上任意不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心构成，具体的步骤包括提取图像上曲线方程，求解不同心圆的圆心的像的坐标，利用配极原则求取图像平面上的消影线，计算消影线与一个圆的投影曲线的交点得到两个圆环点的像的坐标，根据三幅图像上圆环点的像线性求解摄像机内参数矩阵 (1)拟合图像中曲线方程 利用VC++6. O平台的OpenCV程序中的函数提取出图像特征点的坐标，并用最小二乘算法拟合图像中的各条曲线，获取图像上各条曲线方程； (2)求解三个圆圆心的像的坐标 设圆为平面上不同心圆的圆心组成，至少已知三个圆心，Le为平面的无穷远直线，在世界坐标平面到图像平面的单应变换 下，它们在图像平面上的像Ci Ci = Is 2,3), Lro对应于图像平面上消影线为在相差一个比例因子4 G = 1,2,3)满足c；=,VTrQff-1, ^ = 12J ;假设圆a的圆心与世界坐标原点重合，图像平面上的存在一条曲线可以表示成含三个圆心的圆的投影曲线的线性组合，即Ai = CT1-^11C/ = 2,3),并且满足参数和O，detA-O,这是一个关于β的一个三次方程，有三个根，通过方程detcf^r1 - Α^ρ-1) = O ,可以解得4 = ,Α，3 =去[紀+ ~2(^ +φ Χ^ + φ ，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭，赵越，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。