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【主权项】
1. 一种对成像设备进行建模W用于校准和图像校正的计算机实施的方法，所述方法包 括： 定义原点位于所述成像设备的焦点处的第一3D正交坐标系，第一坐标系的第一轴沿 所述成像设备的视线方向延伸； 定义原点位于与所述焦点相距单位距离处的第二3D正交坐标系，第二坐标系的第一 轴沿所述视线方向延伸，所述第二坐标系的第二轴和第=轴分别大致平行于所述第一坐标 系的第二轴和第=轴，从而所述第二坐标系的第二轴和第=轴定义与所述视线垂直的真实 比例平面； 定义原点位于与所述焦点相距焦距处的第=3D正交坐标系，第=坐标系的第一轴沿 所述视线方向延伸，所述第=坐标系的第二轴和第=轴相对于所述第一坐标系的第二轴和 第=轴的方位分别倾斜第一角度和第二角度，从而所述第=坐标系的第二轴和第=轴定义 相对于所述视线垂直度偏离的像平面； 接收与由所述成像设备捕捉的真实世界3D物体的点相关的一组3D坐标； 计算所述点在所述真实比例平面上的投影，从而获得第一组平面坐标，并且计算所述 点在所述像平面上的投影，从而获得第二组平面坐标；W及 输出所述第二组平面坐标，所述第二组平面坐标指示与所述3D物体的所述点对应的 像点的位置。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二坐标系被定义为使得所述真实比例平 面建立至所述成像设备的透镜系统的入口且在所述真实比例平面上的投影表示所述成像 设备的外部模型的输出，并且所述第=坐标系被定义为使得所述像平面建立至所述透镜系 统的输出且在所述像平面上的投影表示所述成像设备的内部模型的输出。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所接收的一组=维坐标是[XyZ1]T，并且所述 3D物体的点在所述真实比例平面上的投影计算为：其中，>是比例等价运算符，并且Pi定义相对于所述第一坐标系在所述真实比例平面 上的投影操作。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述3D物体的点在所述像平面上的投影计算 为：其中，Pf定义在所述像平面上的投影操作，f是所述焦距，a是所述第一角度，e是所 述第二角度，R(X，a)是相对于所述像平面的X轴的a旋转矩阵，所述X轴被定义为在执 行a旋转之前大致平行于所述第一坐标系的第二轴，R(y，0)是相对于所述像平面的y轴 的0旋转矩阵，所述y轴被定义为在执行0旋转之前大致平行于所述第一坐标系的第= 轴，所述a旋转从最右边计算W便所述0旋转是相对于被旋转角度a的所述X轴来进行 的，并且其中5.根据权利要求4所述的方法，还包括将所述真实比例平面和所述像平面之间的单应 性H确定为：其中，h3i和h32是将视角校正应用到所述像平面中的X和y比 例的非零元素，且所述第二组平面坐标（x"，y")是所述真实比例平面上的点的图像的崎变 位置（X'，y')的单应变换，所述单应变换表示为： [X" y" [U V W] T=帕' y' U T， ^中，U = f (^COS g X，+sin g si打a y，+sin g COS a)， V = f (cos a y，-sin a )， W = -sin 0 X' +cos 0 sin a y' +cos 0 cos a， X"二u/w+Cx，并且 y"二v/w+Cy，其中，（Cx，Cy)是所述第S坐标系的原点位置。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述单应性H被确定为：其中，对于小角度a和P，使用近似COS目~1和sin目~白。7. 根据权利要求1所述的方法，还包括补偿在所述真实比例平面处的所述成像设备的 透镜的崎变，所述补偿包括应用由下式定义的透镜崎变模型： r，=r+ki；r3+k2：r日+…， 其中，所述第一组平面坐标包括W径向坐标（r，0)所表示的所述真实比例平面上的 所述点的图像的未崎变位置（X，y)，其中，r2=X2+y2且tan0 =y/x，（X'，y')表示在所述 像平面上的点的投影之前在所述透镜的输出处的崎变位置（X，y)，r'是基于（X'，y')计算 的崎变径向距离，并且ki和k2是所述透镜的几何崎变参数。8. -种对成像设备进行建模W用于校准和图像校正的系统，所述系统包括： 存储器； 处理器；W及 至少一个应用程序，存储在所述存储器中且可由所述处理器执行W用于 定义原点位于所述成像设备的焦点处的第一 3D正交坐标系，第一坐标系的第一轴沿 所述成像设备的视线方向延伸； 定义原点位于与所述焦点相距单位距离处的第二3D正交坐标系，第二坐标系的第一 轴沿视线方向延伸，所述第二坐标系的第二轴和第=轴分别大致平行于所述第一坐标系的 第二轴和第=轴，从而所述第二坐标系的第二轴和第=轴定义与所述视线垂直的真实比例 平面； 定义原点位于与所述焦点相距焦距处的第=3D正交坐标系，第=坐标系的第一轴沿 视线方向延伸，所述第=坐标系的第二轴和第=轴分别相对于所述第一坐标系的第二轴和 第=轴的方位倾斜第一角度和第二角度，从而所述第=坐标系的第二轴和第=轴定义相对 于所述视线垂直度偏离的像平面； 接收与由所述成像设备捕捉的真实世界3D物体的点相关的一组3D坐标； 计算点在所述真实比例平面上的投影，由此获得第一组平面坐标，W及计算点在所述 像平面上的投影，由此获得第二组平面坐标；W及 输出所述第二组平面坐标，所述第二组平面坐标指示与所述3D物体的点对应的像点 的位置。9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个应用程序可由所述处理器执行W 用来定义所述第二坐标系，W便所述真实比例平面建立至所述成像设备的透镜系统的入口 且在所述真实比例平面上的投影表示所述成像设备的外部模型的输出，并且定义所述第= 坐标系W便所述像平面建立至所述透镜系统的输出且在所述像平面上的投影表示所述成 像设备的内部模型的输出。10. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个应用程序可由所述处理器执行W 用来接收所述一组3D坐标作为[XyZ1]T，并且将所述3D物体的点在所述真实比例平面 上的投影计算为：其中，> 是比例等价运算符，Pl定义相对于所述第一坐标系在所述真实比例平面上的 投影操作。11. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个应用程序可由所述处理器执行 W用来将所述3D物体的点在所述像平面上的投影计算为：其中，Pf定义在所述像平面上的投影操作，f是焦距，a是所述第一角度，0是所述第 二角度，R(x，a)是相对于所述像平面的X轴的a旋转矩阵，所述X轴被定义为在执行a 旋转之前大致平行于所述第一坐标系的第二轴，R(y，P)是相对于所述像平面的y轴的0 旋转矩阵，所述y轴被定义为在执行P旋转之前大致平行于所述第一坐标系的第=轴，a 旋转从最右边计算W便P旋转是相对于被旋转角度a的所述X轴来进行的，并且其中12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述至少一个应用程序可由所述处理器执行 W用来将所述真实比例平面和所述像平面之间的单应性H确定为：其中，h3i和h32是将视角校正应用到所述像平面中的X和y比 例的非零元素，且所述第二组平面坐标（x"，y")是所述真实比例平面上的点的图像的崎变 位置（X'，y')的单应变换，所述单应变换表示为： [X" y" [U V W] T=帕' y' U T， 其中，U=f(cos0X，+sin0sin口y，+sin0COS口）， V=f(cos a y，-sin a)， W=-sin0X'+cos0sin曰y'+cos0cos曰， X" =u/w+Cx，并且 y" =v/w+CY，其中（Cx，Cy)是所述第立坐标系的原点位置。13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个应用程序可由所述处理器执行 W用来将所述单应性H确定为：其中，对于小角度a和P，使用近似COS目~1和sin目~白。14. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个应用程序可由所述处理器执行W 用来补偿在所述真实比例平面处的所述成像设备的透镜的崎变，所述补偿包括应用由下式 定义的透镜崎变模型： r，=r+ki；r3+k2：r日+…， 其中，所述第一组平面坐标包括W径向坐标（r，0)所表示的所述真实比例平面上的 点的图像的未崎变位置（X，y)，其中，r2=X2+y2且tan0 =y/x，（X'，y')表示在所述像平 面上的点的投影之前在透镜的输出处的崎变位置（X，y)，r'是基于（X'，y')计算的崎变径 向距离，并且ki和k2是透镜的几何崎变参数。15. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述成像设备包括变焦镜头相机、近红外成像 设备、短波长红外成像设备、长波长红外成像设备、雷达设备、光探测和测距设备、抛物面反 射镜望远镜成像仪、外科内窥镜相机、计算机断层扫描设备、卫星成像设备、声纳设备，W及 多光谱传感器融合系统。16. -种计算机可读介质，具有存储在其上的程序代码，所述程序代码可由处理器执行 W对成像设备进行建模W用于校准和图像校正，可执行的所述程序代码用于： 定义原点位于所述成像设备的焦点处的第一 3D正交坐标系，第一坐标系的第一轴沿 所述成像设备的视线方向延伸； 定义原点位于与所述焦点相距单位距离处的第二3D正交坐标系，第二坐标系的第一 轴沿视线方向延伸，所述第二坐标系的第二轴和第=轴分别大致平行于所述第一坐标系的 第二轴和第=轴，从而所述第二坐标系的第二轴和第=轴定义与视线垂直的真实比例平 面； 定义原点位于与所述焦点相距焦距处的第=3D正交坐标系，第=坐标系的第一轴沿 视线方向延伸，所述第=坐标系的第二轴和第=轴分别相对于所述第一坐标系的第二轴和 第=轴的方位倾斜第一角度和第二角度，由此所述第=坐标系的第二轴和第=轴定义相对 于所述视线垂直度偏离的像平面； 接收与由所述成像设备捕捉的真实世界3D物体的点相关的一组3D坐标； 计算所述点在所述真实比例平面上的投影，由此获得第一组平面坐标，并且计算所述 点在所述像平面上的投影，由此获得第二组平面坐标；W及 输出所述第二组平面坐标，所述第二组平面坐标指示与所述3D物体的点对应的像点 的位置。
【专利摘要】本发明涉及相机建模和校准系统以及方法，其采用一组新变量以补偿与相机平面垂直的视线轴中的缺陷，并且所述系统和方法增加在测量由几何和色透镜畸变引起的图像弯曲而引入的畸变时的精度，并且其中，相机像平面从全三维视角投影表示。
【IPC分类】H04N17/00
【公开号】CN105379264
【申请号】CN201480038248
【发明人】盖伊·马丁
【申请人】盖伊·马丁
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年7月2日
【公告号】CA2819956A1, EP3017599A1, US20160140713, WO2015000056A1