数字成像系统中标定板上圆形标志点成像偏差的补偿方法
【专利摘要】一种数字成像系统中标定板上圆形标志点成像偏差的补偿方法，解决克服现有偏差的补偿方法中需要给出空间上标定板上的圆心与坐标原点相对高度使计算复杂的技术不足。该方法基于针孔成像模型和计算标定板模型根据设定的标定板平面与世界坐标的-Y[U1]?平面重合获得的圆形标志点中心与圆形标志点在成像平面映射的椭圆中心点的偏差值进行补偿，本发明的有益效果是，本发明具有效率高、可靠性好、易于实现等优势。计算过程不需要依赖任何的相机参数或图像拍摄位置信息，补偿计算全部自动进行，无需人工干预或借助其他手段，使用方便灵活。
【专利说明】数字成像系统中标定板上圆形标志点成像偏差的补偿方法所属【技术领域】:
[0001]本发明属于数字图像处理【技术领域】，具体涉及数字成像系统中标定板上圆形标志点成像偏差的补偿方法。
【背景技术】
[0002]圆形标志点具有特征明显、制作容易、方便使用等特点，是数字成像中最普遍的一种图形，广泛应用于目标检测、相机标定、三维测量等领域。
[0003]一般情况下，圆形特征标志点并不总是正对着成像平面，即拍摄位置处于非垂直状态下，由于透视投影是一种非保形变换，圆形标志点按针孔成像模型成像的过程中被映射为标准椭圆形。显然，其圆心与图像中的椭圆中心并不是同一点，而是有一定的偏移，圆形特征点所在平面与成像平面夹角越大则偏移的值越大，如附图所示。在误差要求不高的场合下，我们可以使用椭圆的中心来近似圆心，但是要获得较小的误差，这种近似所带来的偏差就必须予以补偿。
[0004]Janne Heikkila推导了一种补偿的方法，在该方法中，令世界坐标系与相机坐标系重合，利用坐标原点和半径为r的圆的边界线组成的斜圆锥方程在不同的Z坐标下，得到相应的圆的标准方程，利用针孔成像模型公式带入得到成像平面上椭圆的方程，展开即可得到二次曲线的一般形式，利用二次曲线的中心公式得到相应椭圆的中心。令圆的半径r=0,由附图可知，此时图像上对应圆心的 偏移量为0，两次计算得到的差值就是成像所引起的偏差，通过在相应的椭圆中心上补偿相应的偏差值即可。该方法的缺点是，需要给出空间上标定板上的圆心与坐标原点相对高度，这在相机没有完成标定工作以前是无法完成的，因为标定板平面与相机的相对位置是任意的。
【发明内容】
[0005]本发明基于针孔成像模型和计算标定板模型根据设定的标定板平面与世界坐标的X-Y平面重合直接计算获得的圆形标志点中心与圆形标志点在成像平面映射的椭圆中心点的偏差值进行补偿，克服Janne Heikkila推导的补偿方法需要给出空间上标定板上的圆心与坐标原点相对高度的技术不足。
[0006]本发明实现发明目的采用的技术方案是:数字成像系统中标定板上圆形标志点成像偏差的补偿方法，该方法基于针孔成像模型和计算标定板模型根据设定的标定板平面与世界坐标的X-Y平面重合获得的圆形标志点中心与圆形标志点在成像平面映射的椭圆中心点的偏差值进行补偿，该方法由以下步骤实现的:
[0007]①、设定的标定板平面与世界坐标的X-Y平面重合的计算坐标系系统，坐标原点任意选取，建立标定板上圆形标志点的三维坐标，依据上述设定对所有圆形标志点的圆心坐标取Z=O ；
[0008]②、从不垂直世界坐标的X-Y平面的任意位置拍摄标志板图像并计算所有圆形标志点在成像平面映射的所有椭圆的中心点坐标；[0009]③、根据张正友的摄像机成像模型，计算标定板模型与成像后的椭圆中心坐标之间包含误差的结果的3X3单应性矩阵，映射关系如式(I)所示，
【权利要求】
1.数字成像系统中标定板上圆形标志点成像偏差的补偿方法，该方法基于针孔成像模型和计算标定板模型根据设定的标定板平面与世界坐标的X-Y平面重合获得的圆形标志点中心与圆形标志点在成像平面映射的椭圆中心点的偏差值进行补偿，其特征在于:该方法由以下步骤实现的: ①、设定的标定板平面与世界坐标的X-Y平面重合的计算坐标系系统，坐标原点任意选取，建立标定板上圆形标志点的三维坐标，依据上述设定对所有圆形标志点的圆心坐标取 Z=O ； ②、从不垂直世界坐标的X-Y平面的任意位置拍摄标志板图像并计算所有圆形标志点在成像平面映射的所有椭圆的中心点坐标； ③、根据张正友的摄像机成像模型，计算标定板模型与成像后的椭圆中心坐标之间包含误差的结果的3X3单应性矩阵，映射关系如式(I)所示，
【文档编号】G06T7/00GK103440663SQ201310399965
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】孟祥林, 赵灿, 何万涛, 程俊廷, 车向前, 周波 申请人:黑龙江科技大学