[發明專利]利用雙平面鏡裝置中的圓周運動求解攝像機內參數的方法

有效

• 申請號: 201410458088.1
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN104200476B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 趙越;張小芬
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計算機視覺研究領域，涉及一種用于求解平面折反射攝像機內參數的新方法。拍攝包括物體及其在平面鏡中的四個反射成像的三幅圖像，利用反射點組關于平面鏡的對稱性及曲線在特征點處的切線性質線性求解攝像機內參數。

背景技術

在計算機視覺領域，攝像機標定是指根據給定的攝像機模型求取攝像機參數的過程。從攝像機獲得的二維圖像信息出發恢復物體在三維空間中的幾何信息，根據空間物體的三維幾何位置與其圖像中的對應點之間的相互關系，重建三維空間中物體的幾何形狀。攝像機標定的方法有很多種，大致可以分為傳統標定方法、攝像機自標定方法兩類。傳統標定方法是在一定的攝像機模型下，基于特定的實驗條件，如形狀或尺寸已知的標定物，通過對其二維圖像進行處理，利用一系列數學變換和計算方法求取攝像機參數。自標定方法不依賴于特定的標定物，利用攝像機在運動過程中周圍環境的物體與圖像之間的對應關系來標定攝像機。

折反射攝像機是由折射鏡頭和反射鏡頭組成的成像系統，反射鏡可以是曲面也可以是平面。文獻“Shape-from-Silhouette?with?Two?Mirrors?and?an?Uncalibrated?Camera”(K.?Forbes,?F.?Nicolls,?G.?de?Jager,?and?A.?Voigt,?Proc.?European?Conf.?Computer?Vision,?2006，vol.?2,?pp.165-178)提出了利用兩個平面鏡和一個針孔攝像機組成的平面折反射系統。在包含多個視圖的圖像中提取物體的側影輪廓，利用這些輪廓的公切線估計攝像機內參數。這種方法成本低，但需要精確定位輪廓的物理坐標，操作過程復雜。文獻“Contour-based?Structure?from?Reflection”（P.H.?Huang?and?S.H.?Lai，?Proc.?IEEE?Int’l?Conf.?Computer?Vision?and?Pattern?Recognition,?2006,?pp.379-386）利用一個完全透視攝像機模型，在標定過程中需要首先估計焦距的大小，使得結果不甚準確。由于圓環點是一種更簡潔更全局化的基元，因而可以進一步提高方法的穩定性，于是用圓環點解決標定問題被廣泛使用，文獻“A?new?easy?camera?calibration?technique?based?on?circular?points”,?（Xiaoqiao　Meng,?Zhanyi?Hu，Pattern?Recognition,?vol.?36,?no.?5,?pp.?115-1164,?2003.）就是利用圓環點的屬性，從單一投影圖像中計算攝像機的內參數。

圓環點是無窮遠平面上絕對二次曲線上的一對共軛點，在射影變換下，它們的像也是一對共軛的虛點，平面上任何圓與無窮遠直線均交與圓環點。文獻“利用二次曲線擬合和圓環點進行攝像機標定”（胡釗政,?談正,?西安交通大學學報，自然科學版，vol.40,?no.10,?pp.?1065-1069,?2006.）通過對兩圓的圖像進行二次曲線擬合，再根據擬合的二次曲線來計算圓環點的像完成標定過程。文獻“一種改進的基于圓環點的攝像機自標定方法”（胡培成，黎寧，周建江,?光電工程,?pp.?54-60,?2007.）基于拉蓋爾定理求取圓環點像的坐標，進而建立對絕對二次曲線像（IAC）的約束。

發明內容

本發明提出了一種在平面折反射系統中基于圓周運動和極點極線性質線性求解攝像機內參數的方法。該成像系統是由兩個矩形平面鏡和一個針孔攝像機組成，兩個平面鏡之間的夾角保持在60°-80°左右，鏡面垂直于兩平面鏡底邊所在的平面，放置一個物體在兩平面鏡之間。將平面鏡之間的夾角調整到合適的角度，由于平面鏡之間存在一次內部反射，物體在雙平面鏡裝置中可以形成四個虛像。根據平面鏡反射過程中等大、等距、對稱的成像特點，像平面上二次曲線在特征點處切線性質以及極點極線間的關系求解得到圓環點的像。在求解攝像機內參數的過程中，只需要攝像機從不同方位拍攝包括物體及其它在平面鏡中四個虛像的3幅圖像，利用圓環點的像關于絕對二次曲線像的約束方程，線性求解攝像機內參數。

本發明采用如下技術方案：