[發明專利]一種基于偽隨機編碼球面進行空間相機標定的方法

在審

• 申請號: 201710350329.4
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107194973A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 黃攀峰;張海濤;孟中杰;陳路;張夷齋;張帆
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于相機標定技術，涉及一種基于偽隨機編碼球面進行空間相機標定的方法。面對空間中小焦距，近距離的相機標定，提出一種基于球形物體的標定方法，標定物易于在空間中抓取且標定算法快、精度較高。

背景技術

目前相機的標定技術有很多種。按照標定物的維度總共可以分為四種：零維、一維、二維和三維。零維，也就是說不采用標定物，研究攝像機通過光學透射原理所成照片中的一些特殊幾何關系，當然有時也可以憑借攝像機的移動來增加信息量。一維、二維乃至三維都是通過解世界坐標系下的點到圖像坐標系中所經過的單映射變換，三維方法采用的點多且計算精確，二維和一維則通過一些約束條件來求解單應性矩陣。

在太空中，作為相機的標定物不可浪費空間且要易于拾取與儲藏，而球形標定物則可以滿足上述要求。球形標定物能提供較多特征點，通過一定的操作調整使得球面所成像能占據大部分成像平面，讓標定結果更具有合理性。

偽隨機編碼，在本專利中主要是用來生成球面上間距。球面的經緯角度間距序列就是一種偽隨機序列，它是一種預先可以確定，復制和重復生產的一種序列，同時又具有隨機序列的特性。

根據隨機序列的定義可知，采用移位寄存器產生的序列滿足以下一些性質：移位性，生成的偽隨機序列的起始位置無論左移還是右移，都可以作為一段偽隨機序列。周期性，如果用p個元素，生成m位的序列，則它的最大周期為p^m，一般情況下序列周期小于最大周期。窗口性，即以一個窗口在序列上移動，窗口內的元素作為新的序列，此序列也是一個偽隨機序列，也具有以上這些性質。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于偽隨機編碼球面進行空間相機標定的方法。

技術方案

一種基于偽隨機編碼球面進行空間相機標定的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、球面的繪制：采用移位寄存器生成偽隨機序列，以偽隨機序列生成網格，然后將網格圖繪測到球面上；豎線為球面的經度線，經度角記為j，取值范圍為(0,π)，橫線為球面的緯度線，緯度角記為w取值范圍為(-w₁,w₁)；

步驟2、方位的調整：夾持繪制后的球體，并使在球面上的0度經度線出現在被標定攝像機所成平面的左側，0度緯度線出現在所成圖像的中間；

步驟3、圖像數據處理：提取步驟2所成圖像中經緯線的交點作為特征點，提取出的特征點每一點都對應著已知的位置；所述特征點為球面上的點(w_i,j_i)，對應著以球心為原點，零度緯度平面為XOY平面，垂直于零度緯度平面并經過原點的直線為Z軸所形成的坐標系下的點(X,Y,Z)；其中：w_i為緯度角的集合，j_i為經度角的集合；

關系如下：

球體的半徑為r，世界坐標系下的點與圖像中對應的點表示如下：

步驟4：在一條緯度線與兩條經度線上每條線提取四個點共12個點，四個點解算出一個單應性矩陣；每次計算時，將每組點的第一個點當作這四個點所在平面的原點；通過這12個點的計算得出內參矩陣與外參矩陣。

所述w₁的值由實際球體的尺寸和計算精度的需求確定。

有益效果

本發明提出的一種基于偽隨機編碼球面進行空間相機標定的方法，采用移位寄存器生成偽隨機序列，將其化為網格如圖3所示。然后將生成網格圖繪測到球面上；夾持著球體使在球面繪測的0度經度線出現在攝像機所成平面左側，0度緯度線出現在所成圖像的中間；將球面所成圖像進行一些特征點的提取，在一條緯度線與兩條經度線上每條線提取四個點，將每組點的第一個點當作這四個點所在平面的原點計算出內參矩陣與外參矩陣。對于空間中小焦距，近距離的相機標定，標定物易于在空間中抓取且標定算法快、精度較高。

附圖說明

圖1為相機標定示意圖

圖2為偽隨機序列表示間距圖

圖3為序列生成的網格圖

圖4為球面繪制間距示意圖

圖5為標定方位示意圖

圖6為提取特征點示意圖

具體實施方式

現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述：

本發明通過三維球面上的特征點來進行相機的標定，為了計算的方便，也可以將此三維方法分解為眾多二維標定計算的結合。如下圖1所示

圖1總結為如下公式：