一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法，包括如下步骤，S1设定垂直于摄像机光轴方向的平面，从该平面上均匀选取匹配点，S2利用匹配点，求解描述基于该平面关系的单应矩阵，S3利用单应矩阵和双线性插值算法，求解基于该平面对齐的坐标映射表，S4设置一个垂直于摄像机光轴方向的等效无穷远的平面，计算无穷远平面上对应点的视差，平移坐标映射表，转换为基于无穷远平面对齐的坐标映射表。本发明的优势在于不需要通过摄像机的标定获得摄像机的内参矩阵和旋转矩阵，就能实现两张图像的公共区域在无穷远平面的对齐。
【专利说明】一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像配准领域，具体涉及一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法。
【背景技术】
[0002]图像配准是图像合成中的关键步骤，现阶段的配准方法主要有直接配准和分部配准。其中分部配准的方法通常是首先进行极线矫正(或投影矫正)，将两幅图像的对应点坐标矫正到同一水平线上，从而降低搜索维度，有些文献将满足这一关系图像对称作满足扫描线特性，然后在再采用一维方向上的搜索策略，完成对应点间的匹配。
[0003]极线矫正可以使用投影变换的方法进行，对两张图像分别进行投影变换，或者仅对一张图像进行。投影变换的常用工具是单应矩阵(简称H矩阵)，因此计算单应矩阵的方法将是重要步骤。
[0004]无穷远图像对齐针对的是H00矩阵的计算，多几何视觉中，H00描述的是两个视角关于无穷远平面的映射关系。有如下公式描述:
[0005]瓦=Iim丑=KIRK1
[0006]如图2所示，其中K'和K分别是第一视角I和第二视角2的内参矩阵，R是第一视角I到第二视角2的旋转矩阵。因此，需要首先对第一视角I和第二视角2的摄像机进行标定，分别计算其内参矩阵，然后再计算两台摄像机之间的旋转矩阵，这种方法计算步骤较为繁琐，由于步骤多，使得精度往往难以保证。
[0007]另外，可以通过DLT直接线性变换算法计算Hoot5由于无穷远平面需要距离摄像机较远，则难以找到分布均匀且足够数量的匹配点，同时匹配点坐标的精度也难以保证。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法。
[0009]本发明提供一种计算等效H00的方法，用于实现无穷远平面的图像对齐。
[0010]本发明采用如下技术方案:
[0011]一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法，包括如下步骤:
[0012]SI设定一个垂直于摄像机光轴方向的平面，然后从该平面上均匀选取匹配点；
[0013]S2利用匹配点，求解描述基于该平面关系的单应矩阵；
[0014]S3利用单应矩阵和双线性插值算法，求解基于该平面对齐的坐标映射表；
[0015]S4设置一个垂直于摄像机光轴方向的等效无穷远平面，利用投影变换、计算无穷远平面上对应点的视差，平移S3得到的坐标映射表，然后得到无穷远平面对齐的坐标映射表。
[0016]所述步骤SI包括如下步骤:[0017]S1.1设置两台具有平行光轴，且并排放置的摄像机；
[0018]S1.2设定垂直于摄像机光轴方向的平面，并在该平面上张贴棋盘格纸；
[0019]S1.3以棋盘格的角点作为特征点，两台摄像机获取图像，分别记为左图和右图，然后从左图和右图中均匀选取匹配点，所述匹配点对数为至少4对。
[0020]所述步骤S2包括如下步骤:
[0021]S2.1对匹配点进行归一化处理，将匹配点坐标对记作P1和Py对应的归一化后的坐标记作P/和巧，其中P1表示左图匹配点的坐标，Pr表示右图匹配点的坐标；
[0022]S2.2利用打* hP: = O，通过整理得到Ah=O的齐次方程形式；
[0023]S2.3将S2.1得到的归一化坐标代入S2.2得到的系数矩阵A，通过SVD分解，得到h矩阵的近似解；
[0024]S2.4通过反归一化处理，求解描述P1和Pr映射关系的H矩阵。
[0025]所述步骤S3具体包括如下步骤:
[0026]S3.1根据右图或左图图像大小，建立离散坐标映射表；
[0027]S3.2利用双线性差值及离散坐标映射表，得到完整的图像的坐标映射表。
[0028]所述步骤S4具体包括:
[0029]S4.1设置一个距离摄像机的等效无穷远平面，该平面与SI所述平面平行，利用S3得到的坐标映射表，计算左图或右图的投影变换图像；
[0030]S4.2比较其中一张投影变换图像与另一张原始图像在等效无穷远平面的视差值；
[0031]S4.3利用视差值平移S3得到的坐标映射表，得到无穷远平面对齐的坐标映射表。
[0032]所述S3.1根据右图或左图图像大小，建立坐标映射表，具体如下:
[0033]建立一张与右图图像大小相同的坐标映射表，然后遍历该图横纵坐标均能被4或8或16整除的点(i, j)，利用单应矩阵H计算其映射坐标P1 (i, j)，其中i，j均为4或8或16的倍数，并对该映射坐标进行定点化处理，乘以64或128，然后四舍五入取整，获取离散坐标映射表。
[0034]所述S4.1中所述等效无穷远平面与摄像机之间的距离是两个摄像机之间基线的100倍以上。
[0035]本发明的有益效果:
[0036]本发明避免了摄影机定标的繁琐步骤，提出了利用一个平面和DLT(直接线性变换方法)求取基于平面的图像对齐，在通过平移，得到等效无穷远对齐的坐标映射表或等效H00矩阵；通过无穷远平面对齐，可用于实现立体图像的快速配准，以及深度图像的获取。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本发明的方法流程图；
[0038]图2是本发明现有技术中具有平行光轴结构摄像机的第一视角及第二视角的结构示意图；
[0039]图3是本发明【具体实施方式】棋盘格平面示意图。【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0041]实施例:
[0042]如图1所示，一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法，包括如下步骤:
[0043]SI设定一个垂直于摄像机光轴方向的平面，然后从该平面上均匀选取匹配点；
[0044]设置两台具有平行光轴结构的摄像机，且并排放置，在摄像机的正前方，设定一个垂直于摄像机光轴方向的平面，并张贴上棋盘格纸，棋盘格图纸的设计可以参照图3所示，但又不仅限于此。棋盘格要尽可能的占满两台摄像机的图像，选择棋盘格的角点作为特征点，两台摄像机分别获取一张图像，记为左图像和右图像(原始图像)，然后从中均匀选取匹配点对，所述匹配点对数至少4对，例如20对匹配点，分别是P1和已，P1表示左图的匹配点，Pr表示右图的匹配点，并记录下来。
[0045]S2利用匹配点，求解描述基于该平面关系的单应矩阵；具体包括如下步骤:
[0046]S2.1对匹配点坐标进行归一化。
[0047]设P1和乙是其中一对匹配点坐标，打和g分别是Pp Pr归一化后的坐标。
[0048]现对左图坐标点进行归一化采用如下公式:
【权利要求】
1.一种基于平行光轴结构摄像机的无穷远图像对齐方法，其特征在于，包括如下步骤: Si设定垂直于摄像机光轴方向的平面，然后从该平面上均匀选取匹配点； S2利用匹配点，求解描述基于该平面关系的单应矩阵； S3利用单应矩阵和双线性插值算法，求解基于该平面对齐的坐标映射表； S4设置一个垂直于摄像机光轴方向的等效无穷远平面，利用投影变换、计算无穷远平面上对应点的视差，平移S3得到的坐标映射表，得到无穷远平面对齐的坐标映射表。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SI包括如下步骤: S1.1设置两台具有平行光轴，且并排放置的摄像机； S1.2设定垂直于摄像机光轴方向的平面，并在该平面上张贴棋盘格纸； 51.3将两台摄像机获取图像分别记为左图和右图，以棋盘格上的角点作为特征点，然后从左图和右图中均匀选取匹配点，所述匹配点对数为至少4对。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤: 52.1对匹配点进行归一化处理，将匹配点坐标对记作P1和匕，对应的归一化后的坐标记作尸/和巧，其中P1表示左图匹配点的坐标，Pr表示右图匹配点的坐标； S2.2利用P; * hi): = O，通过整理得到Ah=O的齐次方程形式； S2.3将S2.1得到的归一化坐标代入S2.2得到的系数矩阵A，通过SVD分解，得到h矩阵的近似解； 52.4通过反归一化处理，求解描述P1和映射关系的H矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤: 53.1根据右图或左图图像大小，建立离散坐标映射表； 53.2利用双线性差值及离散坐标映射表，得到完整的图像的坐标映射表。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括: 54.1设置一个距离摄像机的等效无穷远平面，该平面与SI所述平面平行，利用S3得到的坐标映射表，计算左图或右图的投影变换图像； S4.2比较其中一张投影变换图像与另一张原始图像在等效无穷远平面的视差值； S4.3利用视差值平移S3得到坐标映射表，得到无穷远平面对齐的坐标映射表。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3.1根据右图或左图图像大小，建立离散坐标映射表，具体如下: 建立一张与右图或左图图像大小相同的坐标映射表，然后遍历该图横纵坐标均能被4或8或16整除的点Pji，j)，利用单应矩阵H计算其映射坐标P1Q, j)，其中i，j均为4或8或16的倍数，并对该映射坐标进行定点化处理，乘以64或128，然后四舍五入取整，获取离散坐标映射表。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S4.1中所述等效无穷远平面与摄像机之间的距离是两个摄像机之间基线的100倍以上。
【文档编号】G06T1/00GK103632334SQ201310567434
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】杜娟, 胡池, 冯颖, 胡跃明 申请人:华南理工大学