本发明专利技术涉及一种利用两个相交相同圆及公切线线性求解摄像机内参数，该方法是由两个相交相同圆及公切线构成的用于摄像机标定的靶标。对靶标从不同方向拍摄六幅图像，从图像上提取椭圆方程以及特征点并求解两个椭圆的交点，根据两个相交相同圆的公共弦与连接两个圆的圆心线段垂直平分及共线四点的交比的性质，得出图像平面上正交方向上的消隐点，利用正交方向上的消隐点与绝对二次曲线的像的约束线性求解摄像机内参数。利用本发明专利技术中的靶标可以实现全自动标定，减少了标定过程中由测量引起的误差。由于圆是一种更简洁更全局化的基元，在摄像机标定过程中提高了标定精度。
【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两个相交相同圆及公切线靶标。利用平面上任意两个相交相同圆及公切线作为标定模板，通过求解六幅图像上的圆的公共弦直线和通过两个圆的圆心的直线正交消隐点坐标，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，n0.11，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，n0.5，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 quas1-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 Wu, Xinju Li, Fuchao Wu, Zhanyi Hu, “Coplanarcircle, quas1-affine invariance and calibration，，， Image and Vision Computing,vol.24，n0.4，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。圆是一个非常特殊的图形，本文是在两个相交相同圆的公共弦和通过两个圆心的直线垂直的几何性质，线性求解摄像机内参数。
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，该靶标是由两个相交相同圆及公切线组成。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6幅图像就可以线性求解出5个摄像机内参数。本专利技术采用如下技术方案: 本专利技术是由两个相交的相同圆及公切线构成的用于摄像机自标定的靶标。具体的步骤包括:从图像上提取特征点的像素坐标拟合出圆的像椭圆方程，并求解两个椭圆的交点，根据调和共轭，得出图像平面上两圆公共弦和通过两个圆心的直线正交方向上的消隐点，利用正交方向上的消隐点与绝对二次曲线的像的约束线性求解摄像机内参数。(I)拟合图像中曲线方程 利用Matlab程序中的Edge函数提取出图像特征点的坐标，并用最小二乘算法拟合出图像中的椭圆，得到图像上各椭圆方程。(2)计算图像平面上两个椭圆的交点以及椭圆的交点分别关于两椭圆的切线方程的交点 在世界坐标系的一个平面上，有两个相交相同圆及公切线(如附图说明图1), C卜C3是两个相交相同的圆，Or O2分别为圆CV q的圆心，A 5为两相交圆的交点。过点A 5分别作圆(7卜C2的切线，切线的交点分别为艮J ,点A知% Γ3分别为圆的外公切线在圆上的切点，连接I F与A 5相交于点O ,即O是与两线段的中点；在成像平面上(如图2),圆C1' C2的像是椭圆化c2’点Sr S2' Tv Tt A B' E' P' O, Or O2的像分别为sr.s2'a' e' f' °r °2，用Matlab的Edge函数提取捕圆的边缘点，用最小二乘拟合椭圆曲线，椭圆的方程％ 4用系数矩阵表示为Hr H2 ;利用化的系数矩阵求得交点A i的坐标，过点α、 分别得到关于Q的切线方程，利用切线方程计算得到切线的交点坐标& J。(3)计算两个圆的圆心的像坐标和与IF两线段的中点O的像坐标 在像平面上(如图2)提取外公切线与两椭圆的切点的特征点％ % ir 2的坐标，用Matlab的Cross函数分别得到直线S1S2的方程和直线的方程。直线SA和直线#的交点为圆C1的圆心的像O1的坐标 ，直线S2Z2和直线的交点为圆C2的圆心的像O2的坐标，直线与直线ab的交点为O点的像ο的坐标。(4)计算正交方向上的消隐点的坐标 在模板平面(如图1)，O是两圆交点线段U的中的，且直线与直线QO2垂直,设直线O1O2方向上的无穷远点为/L ,直线4方向上的无穷远点为I ,W(O1O2lOPlio)=-1，(AB, OP2J =-1,由交比不变性在像平面(如图2)有 =-1 , (ah,op2) = -1其中Λ为直线01 方向的消隐点，P2为直线Λ方向的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用两个相交相同圆及公切线线性求解摄像机内参数，其特征在于利用一个平面的靶标，此靶标是由平面上两个相交相同圆及公切线构成；首先从图像上提取椭圆方程以及特征点并求解两个椭圆的交点，根据两个相交相同圆的公共弦与连接两个圆的圆心线段垂直平分及共线四点的交比的性质，得出图像平面上正交方向上的消隐点，最后利用正交方向上的消隐点与绝对二次曲线的像的约束线性求解摄像机内参数；（1）拟合图像中曲线方程利用Matlab?程序中的Edge?函数提取出图像特征点的坐标，并用最小二乘算法拟合出图像中的椭圆方程，得到图像上各椭圆方程，椭圆的方程????????????????????????????????????????????????的系数矩阵表示为；（2）计算图像平面上两个椭圆的交点以及椭圆的交点分别关于两椭圆的切线方程的交点在世界坐标系的一个平面上，有两个相交相同圆及公切线，是两个相交相同的圆，分别为圆的圆心，为两相交圆的交点；过点分别作圆的切线，切线的交点分别为，分别为圆的外公切线在圆上的切点，连接与相交于点，即是与两线段的中点；在成像平面上，圆的像是椭圆，点的像分别为，用Matlab的Edge函数提取椭圆的边缘点，用最小二乘拟合椭圆曲线，椭圆的方程用系数矩阵表示为；利用的系数矩阵求得交点的坐标，过点分别得到关于的切线方程，利用切线方程计算得到切线的交点坐标；（3）计算两个圆的圆心的像坐标和与两线段的中点的像坐标在像平面上提取外公切线与两椭圆的切点的特征点的坐标，用Matlab的Cross函数分别得到直线的方程和直线的方程；直线和直线的交点为圆的圆心的像的坐标，直线和直线的交点为圆的圆心的像的坐标，直线与直线的交点为点的像的坐标；（4）计算正交方向上的消隐点的坐标??????在模板平面，是两圆交点线段的中的，且直线与直线垂直，设直线方向上的无穷远点为，直线方向上的无穷远点为，有，，由交比不变性在像平面有，其中为直线方向的消隐点，为直线方向的消隐点；（5）求解摄像机内参数获取6幅图像，由正交方向的消隐点线性求解出摄像机的5个内参数，即矩阵中的5个变量，分别是：为图像的畸变因子，为图像坐标系中轴和轴的尺度因子，是主点坐标。201310082074X100001dest_path_image001.jpg,201310082074X100001dest_path_image002.jpg,201310082074X100001dest_path_image003.jpg,201310082074X100001dest_path_image004.jpg,777046dest_path_image003.jpg,201310082074X100001dest_path_image005.jpg,469059dest_path_image005.jpg,347016dest_path_image003.jpg,201310082074X100001dest_path_image006.jpg,201310082074X100001dest_path_image007.jpg,339243dest_path_image006.jpg,34666dest_path_image005.jpg,201310082074X100001dest_path_image008.jpg,712510dest_path_image008.jpg,201310082074X100001dest_path_image009.jpg,201310082074X100001dest_path_image010.jpg,331841dest_path_image003.jpg,201310082074X100001dest_path_image011.jpg,201310082074X100001dest_path_image012.jpg,178575dest_path_image001.jpg,418801dest_path_image002.jpg,678881dest_path_image001.jpg,201310082074X100001dest_path_image013.jpg,695379dest_path_image013.jpg,599881dest_path_image001.jpg,201310082074X100001dest_path_image014.jpg,201310082074X100001dest_path_image015.jpg,8403...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵越，周炳，钟良宣，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：
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