[發明專利]應用于目標檢測的魚眼鏡頭成像系統標定方法

無效

• 申請號: 200910069279.8
• 申請日: 2009-06-16
• 公開（公告）號: CN101577002A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 曹作良;付華柱;馮為嘉;劉慶杰
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

【技術領域】：

本發明屬于攝像機標定技術領域，特別涉及應用于目標檢測的以魚眼鏡頭建立的全方位視覺 系統標定。

【背景技術】：

成像系統標定是三維重建必不可少的步驟，成像系統標定結果直接影響視覺信息應用效果的 好壞。簡單的說，成像系統標定就是確定從三維空間點到攝像機成像平面上二維圖像點之間映射 關系的參數，每個像素都是通過透射投影得到。因此，研究成像系統的標定方法具有重要的理論 意義和重要的實際應用價值。

魚眼鏡頭視場角可達185度，可以實現近距離或超近距離大視場立體視覺感知。將其應用于 大廣角目標檢測具有極大的優勢和廣泛的應用前景。但是使用魚眼鏡頭拍攝的圖像具有非常嚴重 的畸變，主要原因是魚眼鏡頭的真正成像面不是平面，而是近似于球狀的曲面，因此，魚眼鏡頭 全方位視覺系統的標定有別于常規成像系統的標定。目前對常規成像系統的標定已經取得大量研 究成果，然而針對魚眼鏡頭全方位視覺系統的標定方法仍有待探索。

標定內容主要包括：成像系統模型的建立及模型中各參數精確值的獲取。由于魚眼鏡頭內部 光學結構復雜，一般由10組以上光學鏡頭組成，導致魚眼鏡頭攝像機模型很難精確的建立。本發 明首先建立精確的魚眼鏡頭成像模型，然后根據魚眼鏡頭等距投影成像原理建立簡單實用的數學 模型再通過實驗和數學計算來求解魚眼鏡頭的內外參數。

【發明內容】：

本發明目的是提供一種應用于目標檢測的魚眼鏡頭成像系統標定方法，建立基于等距投影原 理的魚眼鏡頭成像系統的數學模型；確立魚眼鏡頭成像系統的數學模型中各坐標系關系，建立簡 化的系統模型；設計包括成成像面中心點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K；像元縱橫比例因子i；相機坐標系與成像面坐標系的平面扭角 γ等成像系統參數的標定和計算方法；開發相關參數標定軟件。、

本發明提供的一種應用于目標檢測的魚眼鏡頭成像系統標定方法包括：

步驟一、建立基于等距投影原理的魚眼鏡頭成像系統數學模型：

第一：建立世界坐標系(X_w，Y_w，Z_w)。世界坐標系也稱真實或現實世界坐標系，或全局坐標 系。它是客觀世界的絕對坐標，是由用戶任意定義的三維空間坐標參照系。一般的3D場景都用這 個坐標系來表示。假設空間中的一點P，為了得到P點的定量數據，便于數學模型的建立以及公 式的推導，故建立P點所在空間坐標系為世界坐標系。

第二：建立系統光軸O₁O₂O₃。將多層鏡片的魚眼鏡頭物理模型簡化成一個半球形折射鏡頭 模型，同時建立理論折射光心O₁，所有入射光線(除與光軸重合的入射光線外)都會穿折射鏡頭 發生折射，與光軸重合的入射光線不發生折射。設與光軸重合的入射光線與相機鏡頭接口平面的 交點為O₂與成像平面的交點為O₃，O₃即為成像面中心點(u₀，v₀)，設定O₁O₂O₃為系統光軸；

第三：建立魚眼鏡頭坐標系(Z，Y，Z)。以O₁O₂O₃為Z軸建立魚眼鏡頭坐標系(X，Y，Z)， 原點為O₁。此坐標系是將多層鏡片的魚眼鏡頭物理模型簡化成一個半球形折射鏡頭模型，同時建 立理論折射光心O₁。

第三：建立攝相機坐標系(x，y，z)。以O₁O₂O₃為z軸建立相機坐標系(x，y，z)，原點為O₂，此 坐標系用來描述相機位置。

第四：建立成像平面坐標系(u，v)：以成像平面CCD為坐標平面建立的平面直角坐標系，， 此坐標系為二維坐標系，原點設為成像面右上角。由于成像平面坐標與生成的圖像坐標為一一對 應關系，所以實際應用中也采用圖像坐標系中的圖像坐標(單位為像素)來代替成像平面坐標系 中的坐標。由于實際相機的CCD像元并非理想的正方形，而是長方形，所以存在的一個像元縱橫 比例因子i。