[發(fā)明專利]應(yīng)用于目標(biāo)檢測(cè)的魚眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910069279.8
• 申請(qǐng)日: 2009-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN101577002A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹作良;付華柱;馮為嘉;劉慶杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 侯 力

1.一種應(yīng)用于目標(biāo)檢測(cè)的魚眼鏡頭成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于該標(biāo)定方法包括：

步驟一、建立基于等距投影原理的魚眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，具體方法是：

第一：建立世界坐標(biāo)系(Xw，Yw，Zw)，原點(diǎn)為O_w；此坐標(biāo)系是客觀世界的絕對(duì)坐標(biāo)，是由 用戶任意定義的三維空間坐標(biāo)參照系；

第二：建立系統(tǒng)光軸O₁??O₂?O₃；將多層鏡片的魚眼鏡頭物理模型簡(jiǎn)化成一個(gè)半球形折射鏡頭 模型，同時(shí)建立理論折射光心O₁；除與光軸重合的入射光線外，所有入射光線都會(huì)穿折射鏡頭， 從而發(fā)生折射，與光軸重合的入射光線不發(fā)生折射；設(shè)與光軸重合的入射光線與相機(jī)鏡頭接口平 面的交點(diǎn)為O₂與成像面的交點(diǎn)為O₃，O₃即為成像面中心點(diǎn)(u₀，v₀)，設(shè)定O₁?O₂?O₃為系統(tǒng)光軸；

第三：以O(shè)₁?O₂?O₃為Z軸建立魚眼鏡頭坐標(biāo)系(X，Y，Z)，原點(diǎn)為O₁；此坐標(biāo)系是將多層鏡 片的魚眼鏡頭物理模型簡(jiǎn)化成一個(gè)半球形折射鏡頭模型，同時(shí)建立理論折射光心O₁；

第四：以O(shè)₁?O₂?O₃為z軸建立相機(jī)坐標(biāo)系(x，y，z)，原點(diǎn)為O₂；此坐標(biāo)系描述相機(jī)位置；

第五：建立成像面坐標(biāo)系(u，v)：以成像面CCD為坐標(biāo)平面建立的平面直角坐標(biāo)系，此坐 標(biāo)系為二維坐標(biāo)系；原點(diǎn)設(shè)為成像面右上角；由于成像面坐標(biāo)與生成的圖像坐標(biāo)為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系， 所以實(shí)際應(yīng)用中也采用以像素為單位的圖像坐標(biāo)系中的圖像坐標(biāo)來代替成像面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

步驟二、確立魚眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中各坐標(biāo)系關(guān)系，建立簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型，具體方 法為：

第一：建立圖像映射關(guān)系：設(shè)P是世界坐標(biāo)系中一點(diǎn)；Z_p為P點(diǎn)到投影面的空間高度；R是 P到理論折射光心O₁的水平距離；ω為P點(diǎn)相對(duì)理論折射光心O₁的入射角，即仰角；θ是P 點(diǎn)在魚眼鏡頭坐標(biāo)系中的方位角；P_uv為P在成像面上的像點(diǎn)；r為像點(diǎn)與成像面中心點(diǎn)O₃的距離， 也稱徑向距離；θ為像點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的方位角；f為理論折射光心O₁到成像面坐標(biāo)系的垂直距 離，即魚眼鏡頭焦距；

第二：簡(jiǎn)化世界坐標(biāo)系(Xw，Yw，Zw)與魚眼鏡頭坐標(biāo)系(X，Y，Z)：在默認(rèn)情況下，魚 眼鏡頭垂直放置，設(shè)定為世界坐標(biāo)系(Xw，Yw，Zw)和魚眼鏡頭坐標(biāo)系(X，Y，Z)重合，此時(shí) 將世界坐標(biāo)系簡(jiǎn)化，只保留魚眼鏡頭坐標(biāo)系(X，Y，Z)；

第三：簡(jiǎn)化相機(jī)坐標(biāo)系(x，y，z)和成像面坐標(biāo)系(u，v)：在實(shí)際模型中，相機(jī)坐標(biāo)系(x， y，z)和成像面坐標(biāo)系(u，v)處于同一平面中，相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)O₂和成像面中心點(diǎn)O₃(u₀，v₀) 重合；同時(shí)在成像過程中，成像面和魚眼鏡頭坐標(biāo)系平面的距離為固定值f，即魚眼鏡頭焦距，所 以能夠?qū)⑾鄼C(jī)坐標(biāo)系(x，y，z)簡(jiǎn)化；

最終簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)模型只包括魚眼鏡頭坐標(biāo)系(X，Y，Z)和成像面坐標(biāo)系(u，v)兩個(gè)坐標(biāo) 系；

步驟三、根據(jù)魚眼鏡頭簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型推導(dǎo)出五個(gè)在魚眼鏡頭標(biāo)定中的主要參數(shù)：成像面中 心點(diǎn)O₃(u₀，v₀)；魚眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L；魚眼鏡頭徑向畸變系數(shù)K；像 元縱橫比例因子i；相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角γ；

步驟四、成像面中心點(diǎn)標(biāo)定：利用激光標(biāo)定方法標(biāo)定出魚眼鏡頭的成像面中心點(diǎn)O₃(u₀，v₀)， 具體標(biāo)定方法是：

由魚眼鏡頭成像系統(tǒng)采集激光在CCD上的成像，并用Matlab統(tǒng)計(jì)圖像的亮度分布，由 計(jì)算魚眼鏡頭的成像面中心點(diǎn)O₃(u₀，v₀)，其中u₀，v₀為魚眼鏡頭 的成像面中心點(diǎn)坐標(biāo)，N為亮點(diǎn)像素個(gè)數(shù)，u_i，v_i是亮點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟五、建立魚眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L的標(biāo)定模型，并根據(jù)模型設(shè)計(jì)L 的標(biāo)定方法，具體方法是：

根據(jù)標(biāo)定模型推導(dǎo)出L的計(jì)算公式：建立標(biāo)定方法，其中，式中H₁、H₂為點(diǎn)P₁、P₂在光軸O₁?O₂?O₃上的投影點(diǎn)到光軸與魚眼鏡頭表面即魚眼鏡頭頂切面的交點(diǎn)的距離， R₁、R₂為點(diǎn)P₁、P₂到光軸上投影點(diǎn)的距離，空間不同兩點(diǎn)P₁、P₂點(diǎn)在成像面上的像點(diǎn)為同一點(diǎn) P_uv；

步驟六、建立相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角γ的標(biāo)定模型，并根據(jù)模型設(shè)計(jì)相機(jī)與 成像面的扭角γ的標(biāo)定方法，具體方法是：固定十字靶標(biāo)和相機(jī)軸平行，采集圖像，首先通過圓 各個(gè)方向直徑所包含的像素量，判斷像元方向的方向，在存在像元縱橫比的情況下，直徑像素點(diǎn) 多的為像元短方向，直徑像素點(diǎn)少的為像元長(zhǎng)方向；然后通過直線檢測(cè)識(shí)別十字直線，并計(jì)算直 線與圖像的uv軸夾角，即為相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角γ；

步驟七、建立魚眼鏡頭徑向畸變系數(shù)K和像元縱橫比例因子i的標(biāo)定模型，并根據(jù)模型設(shè)計(jì)K 和像元縱橫比例因子i的標(biāo)定方法，具體方法是：

K=(u-u0)2+(v-v0)2tan-1(RH+L)]]>

其中，(u₀，v₀)為成像面中心點(diǎn)的坐標(biāo)，(u，v)為仰角為ω的一點(diǎn)P在成像面坐標(biāo)系中的像點(diǎn) P_uv的像素坐標(biāo)，R是點(diǎn)P到理論折射光心O₁的水平距離；H為點(diǎn)P在光軸O₁?O₂?O₃上的投影點(diǎn)到 光軸與魚眼鏡頭表面交點(diǎn)的距離，L為魚眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離；

i=KuKv]]>

其中為魚眼鏡頭在成像面u、v軸方向上的各 自徑向畸變系數(shù)分量Ku，Kv。