[發(fā)明專利]基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法

有效

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• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113658264B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設計）人: 熊赟暉;林祖軒;李桂清;冼楚華;彭長歆;張智敏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/50;G06F17/11
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發(fā)明公開了一種基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法，包括：1)從單幅圖像當中人工標記距離信息；2)根據(jù)簡化針孔相機模型，使用距離信息建立非線性方程組，再利用單目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化法將非線性方程組轉(zhuǎn)化為基于歸一化距離的優(yōu)化問題；3)使用多隨機初始化點的L?BFGS?B優(yōu)化算法求解基于歸一化距離的優(yōu)化問題，得到初步的相機焦距估計值；4)使用深度擾動技術增強初步的相機焦距估計值的穩(wěn)定性，得到最終的相機焦距估計值。本發(fā)明基于距離信息進行單幅圖像的相機焦距估計，能夠使用圖像上普遍存在的距離信息進行相機標定，緩解圖像線索難以尋找的問題，同時提高了相機標定的精度，進一步可實現(xiàn)更靈活和精確的下游應用。

技術領域

本發(fā)明涉及相機標定和圖像焦距估計的技術領域，尤其是指一種基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法。

背景技術

相機標定是指從單幅或多幅圖像當中估計相機的內(nèi)外參數(shù)，在很多計算機視覺任務中有重要作用。在相機的5個內(nèi)參當中，相機焦距是最重要的，可用于距離估算、視角轉(zhuǎn)換、場景重建等任務。

在典型的實驗室場景中，相機標定通常通過拍攝多張標定物的圖片完成。這種方法精度高但是無法應用于普通場景的相機標定。隨著對任意圖像的相機標定的需求增加，有兩類方法得到了發(fā)展，它們分別是：1、基于圖像線索的方法，這類方法使用圖像上可見的線索，例如滅點，共面圓，同心圓等等進行標定，需要圖像當中出現(xiàn)這種特定的模式才能進行標定；2、基于深度學習的方法，這類方法使用大量的數(shù)據(jù)進行強監(jiān)督學習，對任意圖片均可進行相機標定，但是受域適應問題的影響，其精度仍然需要改善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提出了一種基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法，能夠使用圖像上普遍存在的距離信息進行相機標定，緩解圖像線索難以尋找的問題，同時提高了相機標定的精度，進一步可實現(xiàn)更靈活和精確的下游應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法，包括以下步驟：

1)從單幅圖像當中人工標記距離信息，其中包括N個標記點和標記點之間的至少N+1段物理距離；

2)根據(jù)簡化針孔相機模型，使用距離信息建立非線性方程組，再利用單目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化法將非線性方程組轉(zhuǎn)化為基于歸一化距離的優(yōu)化問題；

3)使用多隨機初始化點的L-BFGS-B優(yōu)化算法求解基于歸一化距離的優(yōu)化問題，得到初步的相機焦距估計值；

4)使用深度擾動技術增強初步的相機焦距估計值的穩(wěn)定性，得到最終的相機焦距估計值。

進一步，在步驟1)中，標記點是指圖像上標記出來的像素點，表示為：

式中，m_i是指第i個標記點，u_i和v_i分別是m_i在像素坐標系下的U軸和V軸分量，共有N個點；

標記點之間的物理距離是指標記點所對應的相機坐標系下的三維點之間的物理距離，其中標記點所對應的相機坐標系下的三維點表示為：

式中，M_i是指第i個標記點m_i所對應的相機坐標系下的三維點，x_i、y_i和z_i分別表示M_i在相機坐標系下的X軸、Y軸和Z軸分量；而標記點之間的物理距離則表示為：

d_ij＝||M_i-M_j||,1≤i＜j≤N