[發明專利]確定靶標拓撲關系的方法及可任意擺放的攝像機標定靶標

無效

• 申請號: 200610014481.7
• 申請日: 2006-06-29
• 公開（公告）號: CN101098492A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 孫長庫;張效棟;陳杉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04N17/00
• 分類號: H04N17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術，圖像測試技術領域，尤其是涉及確定靶標拓撲關系的方法及可任意擺放的攝像機標定靶標。

背景技術

靶標的設計是計算機視覺和圖像測試技術的關鍵技術，決定了系統的測量精度和簡易度。立體靶標制作復雜、成本高，實際應用中普遍采用平面靶標組建的虛擬空間靶標，所以平面靶標的設計也成為這個領域研究的熱點技術。平面靶標的設計關鍵在于攝像機采集的平面圖像上特征點的位置關系和實際特征點位置關系的對應，經常被稱為拓撲對應問題。

在攝像機的Tsai標定模型中，靶標一般是正對傳感器，所以使用靶標的間距倍數原則，即可確定拓撲對應。這種靶標在相對攝像機傾斜角度較大時，因投影變換使像面上的間距產生了變化，采用間距倍數原則容易產生錯誤的拓撲關系。而平面靶標在實際使用過程中，經常會碰到靶面不正對傳感器的情況，例如雙目攝像機系統的標定，兩個攝像機要同時看到靶面，所以靶標肯定不能正對其中的某個攝像機；在Zhang的不確定視角攝像機標定過程中，要求靶標在傳感器測量視場內任意擺放若干不同角度的位置；另外，在用平面靶標進行姿態測量時，靶面的放置也隨物體的變動隨機變化。所以很有必要設計一套任意擺放位置都能準確確定拓撲對應關系的靶標。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種確定靶標拓撲關系的方法及可任意擺放的攝像機標定靶標，以實現任意擺放靶標也能準確提取特征點的拓撲對應關系。本發明采用的技術方案是：一種可任意擺放的攝像機標定靶標，包括水平和垂直排列的小圓構成，在排列的小圓中，設置有排列采用對角放置的4個大圓，三個大圓的圓心位于一條直線，另一大圓的圓心在該直線以外，圓心在該直線以外的大圓標號為1號圓，距1號圓最近的大圓標號為2號圓，圓心位于一條直線的三個大圓中間的一個標號為0號圓，圓心位于一條直線的三個大圓剩余的一個大圓標號為3號圓。

一種確定靶標拓撲關系的方法，通過攝像機采集到權利要求1所說的標定靶標的圖像，對該圖像進行分析處理，確定靶標拓撲關系，包括下列步驟：

(1)預處理，去除噪聲點，區分大圓和小圓

對采集得到的圖像，分別進行二值化、輪廓提取：首先，設置較小的圓形度閾值CT控制，用于去除背景非圓形物體的影響；接著，對剩下的輪廓按照面積和周長大小進行分組，根據靶標的特征，小圓分組肯定是包含輪廓最多的那個，剩余的輪廓分別計算和小圓分組中每個輪廓的相似度和，其中和最小的四個輪廓確定為大圓，剔出其余輪廓；

(2)確定靶標方向

對于四個大圓，任一圓的圓心和其余三個的圓心組成三個矢量，如果它們分別不具共線性，則判定該任一圓為1號圓，其余三個圓的任兩個圓心連線形成一個矢量，計算它分別與1號圓和三個圓心連線矢量的夾角，根據夾角的大小順序可以分別確定出2號圓、0號圓和3號圓，以0號圓和1號圓連線為X軸，其垂直方向為Y軸，確定坐標系，同時標記0、1、2、3號圓的拓撲坐標值分別為(0，0)、(2，0)、(1，1)、(-1，-1)；

(3)尋找x＝0，x＝1，y＝0，y＝-1四個軸上的小圓

遍歷所有小圓，計算每個圓心和0號圓心的連線與X軸矢量的共線性，把共線的小圓歸類到y＝0軸上的圓序列中，同時，利用其連線和0號圓與2號圓圓心連線的夾角大小判別是在正/負向上，原則是：夾角為銳角(＜90°)，則在正向上，反之在負向上；把這個圓序列按照到0號圓的距離排序，分別分配相應的拓撲坐標值；標記坐標為(1，0)、(1，-1)和(0，-1)的小圓分別為4、5、6號圓。在y＝0軸圓序列上找到標號為4號的小圓，同樣遍歷小圓，計算小圓圓心與2號圓心連線和4號小圓與2號圓心連線矢量的共線性，確定x＝1軸向上的圓序列；同樣的，找到5、6號小圓，分別借助3號大圓圓心與5號小圓圓心連線矢量，分別借助0號大圓圓心與6號小圓圓心連線矢量，確定y＝-1和x＝0軸向上的圓序列；

(4)確定四軸之外其他小圓的拓撲坐標

首先把未標示的小圓拓撲坐標設為(0，0)，對于y＝0軸上的小圓A，搜索y＝-1軸上對應的x拓撲坐標值一樣的小圓B，連接兩圓心的矢量同時搜索其余小圓圓心和A圓心連線與的共線性，共線的小圓的y拓撲坐標值設成和A的一致，按照這樣的方法遍歷y＝0軸上的圓序列；同理遍歷x＝0軸上的圓序列，利用x＝1軸上的點，確定其余小圓的x拓撲坐標值；

(5)修正錯誤的拓撲坐標值