[發(fā)明專利]利用一條直線的成像標定拋物折反射攝像機的方法

有效

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• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107958467B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙越;宮明志
• 申請（專利權(quán)）人: 云南大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種利用一條直線的成像標定拋物折反射攝像機的方法，其特征在于利用單位視球成像模型中直線在單位視球上的投影和鏡面輪廓在單位視球上的位置之間的幾何聯(lián)系。所述方法的具體步驟包括：首先，從該幅圖像上提取線像和鏡面輪廓的像上像點的像素坐標。其次，根據(jù)鏡面輪廓的像上像點的像素坐標擬合鏡面輪廓的像，并求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的初始值。然后，求得線像和鏡面輪廓的像上像點對應的對拓像點，即單位視球一條直徑上的兩個端點的像。最后利用線像和鏡面輪廓的像上對拓像點之間的性質(zhì)求解正交方向上的影消點，進而求解拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機視覺領(lǐng)域，涉及一種利用直線與其在單位視球上投影的幾何性質(zhì)求拋物折反射攝像機內(nèi)參數(shù)的方法。

背景技術(shù)

計算機視覺是近些年新興起來的學科，它利用計算機模擬人類視覺，具體來說是利用攝像機模擬人類的眼睛實現(xiàn)圖像的獲取，利用計算機模擬人類的大腦實現(xiàn)對圖像的處理和分析。計算機視覺的主要目的是為計算機開發(fā)具有與人類水平相當?shù)囊曈X能力，實現(xiàn)計算機能像人類這樣通過視覺觀察和理解世界，進而可以自主適應周圍環(huán)境。隨著計算機視覺領(lǐng)域的發(fā)展，由于傳統(tǒng)攝像機成像視野小，提出了將傳統(tǒng)攝像機與反射鏡面相結(jié)合而實現(xiàn)的折反射攝像機。組成折反射攝像機的反射鏡面可以有多種類型，如平面、錐面、球面、旋轉(zhuǎn)二次曲面等。折反射攝像機不但具有大的成像視野，還易于將它獲得的圖像轉(zhuǎn)化為透視圖像，因此折反射攝像機在計算機視覺領(lǐng)域有這廣泛的應用。Baker和Nayer根據(jù)折反射攝像機是否有固定的單視點將折反射攝像機分為中心和非中心兩類。其中中心折反射攝像機的反射鏡面有四種類型：拋物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡和平面鏡，其鏡面類型由鏡面參數(shù)確定：鏡面參數(shù)的取值范圍為0-1，當鏡面參數(shù)為0時，鏡面類型為平面鏡；當鏡面參數(shù)在0-1之間時，鏡面類型為雙曲面鏡或橢球面鏡；當鏡面參數(shù)為1時，鏡面類型為拋物面鏡。非中心折反射攝像機的反射鏡面類型有：錐鏡面等。

拋物折反射攝像機是由一個拋物鏡面和一個傳統(tǒng)攝像機組成，它成像視角靈活、鏡面參數(shù)已知，是全景視覺領(lǐng)域研究的熱點。文獻“Catadioptric projective projectivegeometry”(C.Geyer,K.Daniilidis,International Tournal Computer Vision,45(3):223-243,2001)證明了拋物折反射攝像機成像過程等價于單視位球兩步成像模型，統(tǒng)一了不同類型的中心折反射攝像機的成像模型，推動了拋物折反射攝像機的發(fā)展。文獻“Catadioptric camera calibration using geometric invarants”(X.Ying,Z.Hu,IEEETransactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,26(10):1260-1271,2004)利用拋物折反射攝像機的鏡面輪廓在像平面上的投影為一條二次曲線，且這條二次曲線可以被完全提取，獲得了關(guān)于攝像機內(nèi)參數(shù)的四個不變量，并用這些不變量對攝像機的內(nèi)參數(shù)的初始值進行了估計。文獻“Paracatadioptric camera calibration”(C.Geyer,K.Daniilidis,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,24(5):687-695,2002)提出了利用三條直線標定拋物折反射攝像機，取得精度高的標定結(jié)果，但該方法選取的直線較多，在現(xiàn)實環(huán)境中常見的直線大多為平行或垂直關(guān)系，不易同時獲取三條不共面的直線。文獻“Anew linear algorithm for calibrating centralcatadioptric cameras”(F.Wu,F.Duan,Z.Hu,Pattern Recognition,41(10):3166-3172,2008)獲得了空間點在單位視球上的投影點和在像平面上的投影點之間的關(guān)系，利用這種關(guān)系線性計算出中心折反射攝像機的內(nèi)參數(shù)。這種方法提出了與像點相對應對拓像點，為攝像機標定打開了新局面，但需要不同位置下一條直線的三幅圖像，增加了前期操作。

發(fā)明內(nèi)容