利用一个球的球心的像及正交性求解摄像机内参数的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机研宄领域，涉及一种用于求解像机内参数的方法。利用空间中 圆球为标定模板，根据球心的投影，求得正交方向的消失点，线性求解摄像机内参数。
【背景技术】
[0002] 计算机视觉的基本任务之一，就是从摄像机获得的二维图像信息出发恢复物体在 三维空间中的几何信息，从而识别和重建三维空间中物体的几何形状。在此过程中必须确 定空间物体点的三维几何位置与其图像中的对应点之间的相互关系，而这种关系又由摄像 机成像的几何模型决定的，这些几何模型的参数就是摄像机参数。在大多数条件下，这些参 数都是通过实验得到的，这就是摄像机标定。它一般分为传统标定和自标定两种方法，无论 哪种标定方法，标定物体都是采用一些特殊的几何模型，例如：平面正方形、三角形、圆、空 间立方体及圆柱等等。如何建立这些几何模型与摄像机参数之间的关系尤其是某种线性的 关系，是目前摄像机标定所追求的目标，也是目前计算机视觉领域研宄的热点之一。
[0003] 传统的摄像机标定方法虽然可以获得较高的精度，但是标定块制作困难，不便 于操作。针对这一问题文献"A flexible new technique for camera calibration"， (Zhengyou Zhang ， IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，vol. 22，no. 11，pp. 1330-1334，2000)提出了用平面模板代替传统标 定块的方法，这种方法简单方便，成本低，并且能获得较高的精度，但需要精确定位模板上 点阵的物理坐标D 文献"Planar conic based camera calibration"，（Changjiang Yang， Fengmei Sun ， Zhanyi Huj In Proceedings of International Conference on Pattern Recognition，vol. 1，pp. 555-558，2000)将这一方法作了推广，用图像和模板之间的 二次曲线对应来标定摄像机，而不是利用点与点之间的对应。由于二次曲线是一种更简洁 更全局化的基元，因而可以进一步提高方法的稳定性。于是用曲线解决标定问题被广泛研 宄。文献"A new easy camera calibration technique based on circular points''， (Xiaoqiao Mengj Zhanyi Hu， Pattern Recognition， vol. 36， no. 5， pp. 115-1164， 2003)提出了用一个圆和通过圆心的若干条直线构成的标定模板，利用圆环点来求解摄像 机内参数的方法，该方法首次将射影几何中的圆环点融入到摄像机标定中，于是圆环点成 了摄像机自标定方法的理论基础（Hartley Richard，Zisserman Andrew，"Multiple view geometry in computer vision"， Cambridge University Press, Cambridge, 2000)〇
[0004] 球作为一种常见的几何体，其最重要的优点在于无自身遮挡，从任何一个方向看 空间中一个球的封闭轮廓线总是一个圆，并且它的投影轮廓线可全部提取。由于球具有 丰富的视觉几何特性，因此利用球进行摄像机标定，即摄像机内参数的求解已成为近年来 石开究的一个热点。文献"Camera calibration :a quick and easy way to determine the scale factor''，(M. A. Penna. IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence，vol. 13，no. 12，pp. 1240-1245，Dec. 1991)首次提出利用球来计算两 幅图像纵横轴的比例因子，随后文献"Camera calibration from spheres images"， (D.Daucher, M. Dhome, and J. Lapreste, Proc.European Conf. Computer Vision, pp. 449-454，1994)使用球介绍了多步非线性方法来估计摄像机四参数，然而，这种方法 误差比车文大。文献"Camera calibration by a single image of balls:from conics to the absolute conic''，（H. Teramoto and G. Xu, Proc. Fifth Asian Conf. Computer , pp. 499-506，2002)提出利用非线性优化算法把球图像与绝对二次曲线投影的代数关系 结合起来进行摄像机标定。在对偶空间中，文献Camera calibration using spheres:a semi-definite programming approach''，（M. Agrawal and L. S. Davis, Proc. IEEE Inti I Conf. Computer Vision, pp. 782-789，2003)推导出类似的结果，即球图像的对偶形式与 绝对二次曲线投影的对偶之间的代数关系。文献"Camera calibration using spheres: a dual-space approach''，（Motilal Agrawal and LarryS. Davis，ICCV, pp. 782-789， 2003)使用球计算摄像机的内外参数。文献"Geometric interpretations of the relation between the image of the absolute conic and sphere images "，（Ying Xianghua，Zha Hongbin，IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 28, no. 12, pp. 2031-20362006)利用 double-contact 理论求解摄像机内参数。文献"A stratified approach for camera calibration using spheres" （IEEE Trans. Images Processing ,Wong K. K·, Zhang G·, vol. 20, no. 2, pp. 305-316, 2011)利用圆球球心以及球面的 切线旋转形成圆锥包络出发，求两幅图像的基础矩阵。文献"Camera calibration from images of spheres"， (Zhang H. , Wong K. , Zhang G. Q. . IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 29，no. 3，pp. 499-503, 2007)利用球图像的 对偶形式与绝对二次曲线投影的对偶之间的代数关系，线性求解摄像机内参数。文献"秩 1约束下基于圆球的相机标定算法"