利用三个相切圆线性求解摄像机内参数的制作方法

文档序号:6566049阅读:281来源:国知局
专利名称:利用三个相切圆线性求解摄像机内参数的制作方法
技术领域
本发明属于计算机研究领域,涉及一种用于求解摄像机内参数的三个相切圆靶标。利用任意三个相互外切的圆或两个外切并与一个圆内切的三个圆作为标定模板,通过求解三幅图像上正交方向上消影点,线性确定摄像机内参数。
背景技术
计算机视觉的基本任务之一,就是从摄像机获得的二维图像信息出发恢复物体在三维空间中的几何信息,从而识别和重建三维空间中物体的几何形状。在此过程中必须确定空间物体点的三维几何位置与其图像中的对应点之间的相互关系,而这种关系又由摄像机成像的几何模型决定的,这些几何模型的参数就是摄像机参数。在大多数条件下,这些参数都是通过实验得到的,这就是摄像机标定。它一般分为传统标定和自标定两种方法,无论哪种标定方法,标定物体都是采用一些特殊的几何模型,例如平面正方形、三角形,圆,空间立方体、圆柱等等。如何建立这些几何模型与摄像机参数之间的关系尤其是某种线性的关系,是目前摄像机标定所追求的目标,也是目前计算机视觉领域研究的热点之一。传统的摄像机标定方法虽然可以获得较高的精度,但是标定块制作困难,不便于操作。针对这一问题文献“A flexible new technique for camera calibration,,,(Zhengyou Zhang,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,vol. 22,no. 11,pp. 1330-1334,2000.)提出了用平面模板代替传统标定块的方法,这种方法简单方便,成本低,并且能获得较高的精度,但需要精确定位模板上点阵的物理坐标。文献“Planar conic based camera calibration,,,(Changjiang Yang,Fengmei Sun, ZhanyiHu, In Proceedings of International Conference on Pattern Recognition,vol. 1,pp. 555-558,2000.)将这一方法作了推广,用图像和模板之间的二次曲线对应来标定摄像机,而不是利用点与点之间的对应。由于二次曲线是一种更简洁更全局化得基元,因而可以进一步提高方法的稳定性。于是用曲线解决标定问题被广泛研究。文献“A new easycamera calibration technique based on circular points,,,(Xiaoqiao Meng, ZhanyiHu, Pattern Recognition,vol. 36, no. 5, pp. 115-1164,2003.)提出 了用一个圆和通过圆心的若干条直线构成的标定模板,利用圆环点来求解摄像机内参数的方法,该方法首次将射影几何中的圆环点融入到摄像机标定中,于是圆环点成了摄像机自标定方法的理论基础(Hartley Richard,Zisserman Andrew,Multiple view geometry in computer vision,,,Cambridge University Press, Cambridge,2000.)圆是平面上一条特殊的二次曲线,平面上所有的圆都通过圆环点。利用圆作为标定模板,结合圆环点的理论来进行摄像机标定的方法逐渐被推广。文献(Yihong Wu,Haijiang Zhu,Zhanyi Hu,Fuchao Wu,“Camera calibration from the quas1-affineinvariance of two parallel circles,,,In Proceedings ofthe ECCV, pp. 190-202,2004.)提出了用平行圆标定的方法,根据平行圆的交点是圆环点直接求解两个平行圆的像的交点来完成标定。文献(Yihong WuiXinju LiiFuchao Wu,Zhanyi HuZiCoplanar circle,quas1-affine invariance and calibration,,,Image and Vision Computing, vol. 24,no. 4, pp. 319-326, 2006.)讨论了平面上任意两个圆的位置关系,根据圆的位置关系计算图像中二次曲线的交点来求得圆环点的像。

发明内容
本发明提供了一种制作简单,适用广泛,稳定性好的用于求解摄像机内参数的靶标。该靶标是由三个相外切或内切的圆组成。在求解摄像机内参数的过程中,只需摄像机从不同方位拍摄3幅图像就可以线性求解出5个摄像机内参数。本发明采用如下技术方案本发明是由三个相外切或内切的圆构成的用于摄像机自标定的靶标。具体的步骤包括提取图像上各条曲线方程,求解各圆心的像的坐标,求解一个圆上的切点的像关于圆心的像在该圆的投影曲线上的对应点,根据交比不变性求解一个过该切点的直径方向上的消影点,求解一个过该切点切线方向上的消影点,根据两正交方向上的消影点线性求解摄像机的内参数。(I)拟合图像中圆的投影曲线方程利用VC++6. O平台的OpenCV程序中的函数提取出图像特征点的坐标,并用最小二乘算法拟合图像中的各条曲线,获取图像上各条曲线方程。(2)求解相切圆各圆心的像的坐标设圆Q1, Q2, Q3相互外切,它们有不同的圆心,其中点A,B, C为切点。在世界坐标平面到图像平面的单应变换H下,它们在图像平面上的像Ci满足=Ci =入瓦力丼1,i = 1,2,3。其中半径为r,圆心坐标为(Xc^Ytl)的圆Q,其上的点X满足方程XtQX = 0,它的矩阵形式为
权利要求
1. 一种用于求解摄像机内参数的三个相切圆靶标,其特征在于此靶标是由三个相互外切或两个内切并与一个圆内切的三个圆构成。
全文摘要
本发明涉及一种利用平面上三个相外切或内切的圆求解两个正交方向上的消影点而进行摄像机标定的方法,对靶标从不同方位拍摄三幅图像,提取图像上各曲线的方程及切点坐标,求出各圆圆心的投影坐标,计算出切点的像关于圆心的像在该投影曲线的对应点和切点的像及对应点关于该投影曲线的切线,根据交比不变性和切线的交点求出两个正交方向上的消影点。计算三幅图片上的两个正交方向上的消影点,建立摄像机内参数的约束方程,线性解出摄像机的五个内参数。利用本发明中的靶标可以实现全自动标定,减少了标定过程中由测量引起的误差。同时,由于二次曲线是一种更简洁更全局化的基元,在摄像机标定过程中,提高了标定精度。
文档编号G06T7/00GK102999896SQ20111027408
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者赵越, 陈旭 申请人:云南大学
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