专利名称：利用平面三角形求解摄像机的内参数的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机研究領域，涉及一种用于求解摄像机内參数的平面三角形靶标。利用平面上任意ー个三角形作为标定模板，通过求解三幅图像上世界坐标平面到图像平面的单应矩阵，利用单应矩阵对摄像机内參数的约束条件，来实现摄像机的线性自标定。
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ニ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決定的，这些几何模型的參数就是摄像机參数。在大多数条件下，这些參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，标定物体都是采用ー些特殊的几何模型，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參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。针对这ー问题文献“A flexible new technique for camera calibration，.,
(Zhengyou Zhang , IEEE Transactions on Pattern Analysis and MachineIntelligence, vol.22, n0.11, 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“杨世梁，倪霞林.基于等边三角形的摄像机标定方法[J]。计量与測量技木，2007，34 (12).”提出了用等边三角形作为标定模板，利用射影几何中的交比不变性，求出三组两两正交的直线的消失点的坐标，通过多幅图像即可线性求解出摄像机的内參数。该标定方法操作简单，稳定性好，适用广泛。文献“王奇志，王东生，徐德.利用三角形及其九点圆的摄像机标定[J].数学的实践与认识，42 (11),2012.”提出利用三角形作为标定模板，利用三角形九点圆中其九个点的特殊性，来对摄像机进行标定。该标定方法避免了參数之间非线性方程求解，降低了參数之间求解的复杂性。三角形是平面上一种简单的几何模型，利用任意平面三角形作为标定模板，结合单应矩阵的理论来进行摄像机标定的方法逐渐被推广。文献“孙凤梅，胡占义.平面单应矩阵对摄像机内參数约束的ー些性质”(计算机辅助设计与图形学学报，vol.19，n0.5，2007.)提出给定ー个一般空间平面与图像平面之间的单应矩阵，如果空间平面在世界坐标系的已知，则单应矩阵可以提供关于摄像机内參数的2个约束条件，利用多幅图像即可线性求解出摄像机的内參数。文献“Flexible Camera Calibration By Viewing a PlaneFrom Unknown Orientations，，， (Zhengyou Zhang, Computer Vision, The Proceedingsof the Seventh IEEE International Conference on 20-27 Sept.1999.)中提出单应矩阵对内參数的两个约束条件，从而可以线性求解出摄像机的内參数。
发明内容
本发明提供了ー种制作简单，适用广泛，稳定性好的用于求解摄像机内參数的靶标，该靶标是平面上任意的三角形。在求解摄像机内參数的过程中，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个摄像机内參数。本发明采用如下技术方案:
本发明利用平面上任意的三角形作为标定模板实现摄像机的线性自标定。具体的步骤包括:在模板三角形上找到5个点，分别为三角形的三个顶点，某个边的垂足及垂线的中点，及垂足所在的边中垂足到任ー顶点的中点，计算出这5个点的像点，从而可以计算出坐标平面到图像平面的单应矩阵，每个单应矩阵可以提供关于摄像机内參数的2个约束条件。然后，根据三幅图像上单应矩阵对内參数的约束条件线性求解摄像机的内參数。(I)求解单应矩阵
在世界坐标系的平面上选择ー个ん45C作为标定模板(如
图1)，其中在昃C为三角形顶点，以三角形顶点2作边的垂线，垂足O为坐标原点，建立直角坐标系，￡) 5分别为0ご，W的中点，ZCJ = O; ( Q■介于Ou至Li 60。之间)。选取标定模板上的五个点かO , C , D ,丑，这5个点的齐次坐标为(0, stan a, I) , (0, 0, I),
权利要求
1.本发明利用平面上任意的三角形作为标定模板实现摄像机的线性自标定；具体的步骤包括:在模板三角形上找到5个点，分别为三角形的三个顶点，某个边的垂足及垂线的中点，及垂足所在的边中垂足到任一顶点的中点，计算出这5个点的像点，从而可以计算出坐标平面到图像平面的单应矩阵，每个单应矩阵可以提供关于摄像机内参数的2个约束条件；然后，根据三幅图像上单应矩阵对内参数的约束条件线性求解摄像机的内参数； Cl)求解单应矩阵在世界坐标系的平面上选择一个作为标定模板，其中A B' σ为三角形顶点，以三角形顶点2作5C边的垂线，垂足O为坐标原点，建立直角坐标系，D , ￡分别为CC,CM的中点，ZC = (Τ ( α介于O0至600之间)；选取标定模板上的五个点0,C, D, 5,这5个点的齐次坐标为(O,1) ’(O, O, 1) ’ (S，O, 1)今 0> ν ’(α1)、为0 点到 C的距尚，#可为任意数)，5个点的射影深度分别为., ,，又s ;设《，ο，e，d，g分别为2 , O , C , D , ￡的5个点的像点；利用世界坐标中平面上的点与像点之间的射影(O、〔S)( O )不变性，有:
全文摘要
本发明是由平面上任意三角形构成的用于摄像机自标定的模板。三角形模板上找到5个点，分别为三角形的三个顶点，某个边的垂足及垂线的中点，及垂足所在的边中垂足到任一顶点的中点，计算出这5个点的像点，利用平面上的点与像点之间的射影不变性，得出世界坐标平面到图像平面的单应矩阵，每个单应矩阵可以提供关于摄像机内参数的2个线性约束方程。从三个不同的方向拍摄三角形模板的三幅图像，通过求解的三个单应矩阵，得到关于摄像机内参数的6个线性约束方程，实现摄像机的线性自标定。利用本发明中的模板可实现全自动标定，减少了标定过程中由测量引起的误差。三角形是最简单的几何模型之一，用它作为标定模板具有操作简单，稳定性好的优点。
文档编号G06T7/00GK103116888SQ201310040278
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者赵越, 陈晓, 钟良宣 申请人:云南大学