一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法
【专利摘要】本发明公开一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法，包括：鱼眼成像投影到中心投影变换；图像核线影像生成；图像特征点提取及匹配；探测点坐标计算。采用本发明，使通过鱼眼相机可实现行星车探测点的高精度定位。
【专利说明】一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机视觉和图像匹配【技术领域】，是一种利用鱼眼相机图像进行行星车探测点的定位方法。
【背景技术】
[0002]目前，国外在行星探测中，可以通过行星车上安装的双目视觉测量系统实现对行星表面导航和探测目标定位。美国NASA在深空探测任务中的“好奇号”火星车通过机械臂收集样本、钻石钻孔取样，其中主要利用自带的避障相机获取立体图像获得探测点位置的三维坐标。国内针对机械臂探测定位也开展了一系列研究，但主要集中在使用视场角较小的立体相机视觉系统进行探测点定位。鱼眼相机的优点是具有大视场角，一次可看到较大范围内的场景。但是，鱼眼相机存在较大的畸变，如何进行高精度的定位是其需要解决的难点。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，本发明提出了一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法，使通过鱼眼相机可实现行星车探测点的高精度定位。
[0004]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法包括以下步骤:
[0006]S1、将左、右鱼眼相机原始图像分别转换为中心投影模式下的中心投影图像；
[0007]S2、将中心投影图像进行核线纠正处理，转换为左、右核线图像；
[0008]S3、从左核线图像中提取特征点，在右核线图像上根据所述特征点利用相关系数法从中搜索出相关系数最大的点作为匹配点，然后利用最小二乘法，将相关系数法提取的匹配点进行平差计算，使得左、右核线图像的匹配精度达到子像素等级。
[0009]S4、根据最小二乘法平差得到的高精度匹配特征点，利用前方交会算法计算探测点坐标。
[0010]本发明采用透视投影变换，将鱼眼图像转换为中心投影图像，并生成核线图像，将匹配缩小到核线方向上，降低了无匹配；采用先粗匹配后精确匹配的策略，先实现整像素级的匹配然后进行最小二乘匹配实现亚像素精度的精确匹配，保证了匹配的高精度，最终实现了探测点的精确定位。采用本发明的技术方案，使通过鱼眼相机可实现行星车探测点的高精度定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法流程图；
[0012]图2是鱼眼成像投影到中心投影变换示意图；
[0013]图3是生成核线图像示意图。【具体实施方式】
[0014]本发明提供一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法包括:
[0015]S1、鱼眼成像投影到中心投影变换:将左、右鱼眼相机原始图像分别转换为中心投影模式下的中心投影图像。
[0016]将任一空间点P在鱼眼相机成像的像坐标(X，y)转换为中心投影模式下图像坐标(X' , I');如图2所示，O'为镜头中心，O' V V平面为鱼眼镜头像平面，f为鱼眼相机的焦距，O' Z为主光轴，以O'为坐标系原点建立像空间坐标系O' -V V Z，任一空间点P，在鱼眼相机对应的像空间坐标系下坐标为(X'，1，，z)。O' P连线与投影球面相交于一点P，把P点正投影到O' V V像平面上，得到像点P'，坐标为(x，y)，(X，y)即为点P在鱼眼相机对应的像空间坐标系下坐标U丨，ι'，z)的球面投影，球面方程为X 2+y 2+z2 = f2。假设在z = f的平面处有一虚拟的像平面0ΧΥ，对应的坐标轴方向与像平面O' V V中坐标轴平行，O' P连线与其交点为P"。显然P"为点P的虚拟的中心投影像点，则该P"点的中心投影下的像坐标表示为U丨，y, )。P、p"和O'三点遵循中心投影的共线方程，各坐标间有如下关系，见式(2):
【权利要求】
1.一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、将左、右鱼眼相机原始图像分别转换为中心投影模式下的中心投影图像； 52、将中心投影图像进行核线纠正处理，转换为左、右核线图像； 53、从左核线图像中提取特征点，在右核线图像上根据所述特征点利用相关系数法从中搜索出相关系数最大的点作为匹配点，然后利用最小二乘法，将相关系数法提取的匹配点进行平差计算，使得左、右核线图像的匹配精度达到子像素等级。 54、根据最小二乘法平差得到的高精度匹配特征点，利用前方交会算法计算探测点位置。
2.如权利要求1所述的一 种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法，其特征在于， SI具体为:将任一空间点P在鱼眼相机成像的像坐标(x，y)转换为中心投影模式下图像坐标(X'，1’ );设O'为镜头中心，O' V V平面为鱼眼镜头像平面，f为鱼眼相机的焦距，O' Z为主光轴，以(V为坐标系原点建立像空间坐标系(V -V V Z，任一空间点P，在鱼眼相机对应的像空间坐标系下坐标为(X'，1，，z) ;0' P连线与投影球面相交于一点P，把P点正投影到O' V V像平面上，得到像点P'，坐标为(x，y)，(x，y)即为点P在鱼眼相机对应的像空间坐标系下坐标(X' ,1'，z)的球面投影，球面方程为X 2+y 2+z2 =f2;假设在Z = f的平面处有一虚拟的像平面OXY，对应的坐标轴方向与像平面O' V V中坐标轴平行，O' P连线与其交点为P"，p"为点P的虚拟的中心投影像点，则该P"点的中心投影下的像坐标表示为(X' ,1' );P、p"和O'三点遵循中心投影的共线方程，各坐标间有如下关系:f-x < 」f-x2-y2(I) 卢,f-y 、f1 _ χ2 _ y2 令原始鱼眼相机左图像的像点坐标为(Xli, yj，原始鱼眼相机右图像的像点坐标为(xE, yK)，根据公式(I)，则有它们对应在中心投影图像上的像点坐标分别为U丨L, 1’ L)>(χ, R，y' r) ? BP, L ^f2-xl-yl 、 V/ ~xL-yL 'v _ f'XR y - __
3.如权利要求1或2所述的一种基于鱼眼相机的行星车探测点定位方法，其特征在于，S2具体为:设像点在左、右核线图像上的像点坐标分别为(X" L,y" J、(x" K，y" κ)，则它们与中心投影图像上的像点坐标(X' L,i' J、(x' K，y' κ)的转换关系为:
【文档编号】G01C21/20GK103925919SQ201410015845
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】王镓, 王保丰, 刘传凯, 周建亮, 唐歌实, 周立, 张强, 袁建平, 卜彦龙, 苗萍, 刘飞, 高薇, 李弈霏 申请人:北京航天飞行控制中心