一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，包括以下步骤：建立图像平面坐标系，提取出平面模板中标志点的图像坐标；利用平面模板中同一直线上的标志点含有的交比不变性建立约束关系方程；利用平面模板中同一直线上的标志点的几何特征建立约束关系方程；利用平面模板中平行直线相交于灭点的几何特征建立约束关系方程；综合上述三种约束关系方程建立优化目标函数，对提取出的所有平面模板标志点进行全局最小二乘优化，获得符合上述几何约束的理想标志点坐标，即完成平面模板标志点的畸变校正。与现有技术相比，本发明具有校正精度高、方便灵活等优点。
【专利说明】一种基于平面祺盘模板的镜头畸变自校正方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种相机成像校正方法，尤其是涉及一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法。
【背景技术】
[0002]相机标定在摄影测量中是一项十分重要的工作，它的主要任务是确定相机二维图像平面与空间三维场景的映射关系。目前，由于平面棋盘模板的标志点数量较多，标志点容易提取，且基于平面棋盘模板的相机标定算法比较成熟，因此很多相机标定都会选择平面模板。
[0003]同时，由于相机镜头球面曲率在成像时的缺陷、CXD的加工误差与相机镜头装配误差等导致的相机成像畸变，使得理想相机的成像过程在实际测量中是不可能存在的。当镜头畸变不可忽略时，仅用理想模型进行标定得到的误差往往较大。
[0004]因此，在使用平面模板进行相机标定时，提取出来的标志点并不是理想的像点坐标，而是含有崎变误差的像点坐标。对这些崎变的像点进行校正，有利于提闻标定精度。
[0005]目前，对平面模板提取的标志点畸变的校正多是建立相机畸变模型，然后在相机标定过程中进行校正。一般这种方法在相机畸变模型中加入若干参数，然后将这些畸变参数与相机内外参数同时优化而最终获得 最优解，从而得到较精确的相机畸变模型。该方法由于需要优化的参数较多，导致标定优化程序的速度较慢。同时由于增加了若干参数，在优化过程中参数之间容易发生耦合现象，导致优化精度不高。而且，该畸变校正依赖相机成像模型，校正过程复杂，校正图像一般需要多张图片，因此校正的灵活性也不高。
[0006]还有的平面模板的畸变校正是利用平面模板的上标志点的几何特征，比如标志点的直线性、交比不变性等。一般这些校正方法，也是以相机的成像模型为基础，利用这些几何特性作为新的约束关系加入到计算过程中，以提高标定精度，进而校正畸变。这种校正方法仍然需要拍摄多幅图片，标定的灵活性仍然不高。
[0007]以上提到的对平面棋盘格模板的畸变标定，基本上都是基于相机的成像模型，最多利用少量平面棋盘格的几何特征作为附加约束来帮助求解，往往过程比较复杂，需要多幅图像。而且，这些方法不能算作畸变自校正方法，灵活性也比较有限。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种校正精度高、方便灵活的基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法。
[0009]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0010]一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，包括以下步骤:
[0011]步骤一:建立图像平面坐标系，提取出平面模板中标志点的图像坐标；
[0012]步骤二:利用平面模板中同一直线上的标志点含有的交比不变性建立约束关系方程;[0013]步骤三:利用平面模板中同一直线上的标志点的几何特征建立约束关系方程；
[0014]步骤四:利用平面模板中平行直线相交于灭点的几何特征建立约束关系方程；
[0015]步骤五:综合上述三种约束关系方程建立优化目标函数，对提取出的所有平面模板标志点进行全局最小二乘优化，获得符合上述几何约束的理想标志点坐标，即完成平面模板标志点的畸变校正。
[0016]所述的步骤二中，交比不变性是指:
[0017]若平面模板中同在一条直线上相邻四点Pi, i = 1，2，3，4，经相机模型在图像平面成像，其理想像点记为Pui，则点P1Uwl,ywi)、P2(xw2，yw2)>P3(xw3?yw3)、P4(XW4，yW4)四点的交比与其理想成像点 Pul (U1, V1)、Pu2 (u2, v2)、Pu3 (u3, v3)、Pu4 (u4, v4)的交比相等，即:
[0018]
【权利要求】
1.一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:建立图像平面坐标系，提取出平面模板中标志点的图像坐标； 步骤二:利用平面模板中同一直线上的标志点含有的交比不变性建立约束关系方程； 步骤三:利用平面模板中同一直线上的标志点的几何特征建立约束关系方程； 步骤四:利用平面模板中平行直线相交于灭点的几何特征建立约束关系方程； 步骤五:综合上述三种约束关系方程建立优化目标函数，对提取出的所有平面模板标志点进行全局最小二乘优化，获得符合上述几何约束的理想标志点坐标，即完成平面模板标志点的畸变校正。
2.根据权利要求1所述的一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，其特征在于，所述的步骤二中，交比不变性是指: 若平面模板中同在一条直线上相邻四点Pi, i = 1，2，3，4，经相机模型在图像平面成像，其理想像点记为 Pui,则点 P1 (xwl, ywl)、P2 (xw2, yw2)、P3(xw3，yw3)、P4 (xW4? yW4)四点的交比与其理想成像点 Pul (U1, V1)、Pu2 (u2, v2)、Pu3 (u3, v3)、Pu4 (u4, v4)的交比相等，即:
3.根据权利要求2所述的一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，其特征在于，所述的步骤三中，同一直线上的标志点的几何特征是指:空间中的一条直线经针孔模型成像后在像平面所成像仍为一条直线，则成像后的直线I上的m个标志点，满足以下方程组:
4.根据权利要求3所述的一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，其特征在于，所述的步骤四中，若平面模板在一个方向上的直线组共有η条直线，且这组直线在像平面上的灭点记为V(up，vp)，存在以下方程组:
5.根据权利要求4所述的一种基于平面棋盘模板的镜头畸变自校正方法，其特征在于，所述的步骤五中，综合三种约束关系方程建立的优化目标函数为:
【文档编号】G06T7/00GK104021543SQ201410184475
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】杨玉林, 杨谢柳, 方素平, 李媛, 朱新栋 申请人:杨玉林