一種基于多項式投影模型的長焦相機標定方法技術

本發明專利技術公開了一種基于多項式投影模型的長焦相機標定方法。現有的方法多采用正交投影模型，對焦距參數限定較大，可適用范圍窄。本發明專利技術采用一種新的投影模型來描述長焦相機的投影過程，將圖像上的點轉化到球面上，根據直線在球面上的投影性質進行內參優化。通過球面上點和標定板上點的投影關系，求出外參，最終對內參和外參進行聯合優化。本發明專利技術對于不同焦距的長焦鏡頭具有普遍適用性，兼具抗干擾性強、實驗設備簡單、精度較高、靈活性較強的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機視覺領域中長焦相機的參數標定方法，具體來說是根據多幅拍攝的標定板圖像進行長焦鏡頭相機內參和外參求取的方法。
技術介紹
長焦相機通常用于攝影測量領域，其主要特點是關注特定物體，對遠處景物細節有放大功能。長焦相機相對于普通相機有以下幾個特點 1)景深淺。由于長焦鏡頭關注的是遠處景物的細節，所以只在有限范圍內有清晰的成相； 2)視角小。比較窄的視角是由長焦距決定的，這樣在有效的成相范圍內，細節可以更加關出; 3)透視效果差。因為長焦相機存在將遠處物體放大拉近的視覺效果，壓縮了空間縱深距離，所以不滿足透視。基于長焦相機的這些特性，文獻I (Stamatopoulos, C. “Orientationand calibration of long local length cameras m digital close-rangephotogrammetry” · PhD thesis, Engineering - Geomatics, The Universityof Melbourne. 2011)和文獻 2(Tetsu 0N0, Shin-ichi AKAMATSU and SusumuHATT0RI, ”A Long Range Photogrammetric Method With Orthogonal ProjectionMo de I, In terna ti onal Archives of Pho t gramme try Remote Sensing and SpatialInformation Science, volume 35, plOlO-1015, 2004)等利用正交投影模型描述長焦相機的成像來進行標定和測量。但是，該模型忽略了景物光軸方向的縱向深度，僅僅局限于視場很窄(〈10°)的鏡頭，并不適用于不同焦距長度(焦距>50mm)的長焦相機。實際上，長焦鏡頭的真實成像模型更近似于依據不同的焦距在近似透視和近似正交投影之間變化。根據文獻 3(D. Scaramuzza, A. Martinelli, and R. Siegwart,iK ilexible tecnnique for accurate omnidirectional camera calibration andstructure from motion, ’’Proceedings of IEEE International Conference on ComputerVision Systems, 2006.)的分析,鏡頭的成像都可以用泰勒展開的多項式模型近似。分析發現，這ー特性同樣適用于長焦鏡頭。因此，為了更好地適用于不同的長焦相機，我們采用了靈活性較強的多項式投影模型來描述投影過程。
技術實現思路
針對現有標定方法的不足，針對長焦相機的特點，本專利技術的目的在于提供ー種多項式的投影模型，用于描述長焦相機的成相，而不拘泥于相機的其他參數。本專利技術采用的技術方案的步驟如下 ，該方法包括以下步驟(I)使用長焦相機拍攝ー組棋盤格標定板圖像，圖像個數記為m，其中標定板格子的尺寸已知。以標定板為世界坐標系的 = O平面，依據標定板建立世界坐標系Ow-^fwZw ,已知標定板上も方向直線個數為h,4方向直線個數為4。則標定板上所有角點的世界坐標系坐標為 Xw = iX^'J = (A^f, rj/, O)へ i = 1,2, - - タ=1,2, - - ■ /ぃ f = 1,2, - -. 4}; 其中i為圖像的編號，(P’め為點的位置標號。(2)在圖像上標記標定板上所有角點位置，根據Harris角點提取方法在一定的搜索窗ロ范圍內對所有的角點進行精確定位，得到對應像素坐標系下的點集坐標，標記為Xiw = ( 2 = (af4つ J = X2,--\m,p = l,2,---!krq = l,2,--iv}。(3)計算內參通過分解世界坐標系下Xtf和像素坐標系下L之間的單應性矩陣H1，可以得到焦距f=UxJ；f ,圖像中心c =hj,vQf的初始值。然后利用多項式投影模型將^反投影到相機坐標下的単位球面上，得到對應的球面坐標X3 = (XSi =Zfff, i = l,2,-,rnrp=l, 2,-ik,q = l2,-g 利用三維空間直線投影在球面上為ー個大圓的性質，對內參進行優化。(4)計算外參通過分解世界坐標系下Xw和圖像坐標系O-職下點坐標^ ===之間的單應性矩陣112，得到旋轉矩陣11 = 4, , ]和平移向量T = [4, ,的初始估計值，其中1br2 r3為H的列向量。利用球面上點的重投影誤差對每幅圖的旋轉矩陣R，平移向量T進行優化；(5)利用多幅圖像中圖像點的重投影誤差，對內參和每幅圖像的外參進行全局優化。本專利技術具有的有益效果是本專利技術提出一種長焦相機的標定方法，針對長焦相機的特性，提出了基于多項式投影模型的標定方法。該算法兼顧了抗噪性能、操作復雜度要求低，不需要對環境做特殊的設置，且適合于不同參數的長焦相機標定。附圖說明圖I是本專利技術的總體流程 圖2是相機成像系統不同坐標系關系不意圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進ー步的描述。圖1給出了長焦相機標定方法的技術流程。該流程包括內參和外參的標定。長焦相機標定包括以下五個部分 獲取多幅成像清晰的棋盤格標定板圖像；Φ Harris角點提取在姆幅圖像上標記標定板上所有角點位置,利用Harris角點提取方法，自動提取角點，得到圖像上的對應點集；@內參計算利用透視模型的內參計算方法得到焦距f，圖像中心C和投影模型系數k的初始結果，然后依據直線在球面上的投影特性對內參進行優化外參計算利用圖像坐標系下點和世界坐標系下點之間的單應性矩陣得到·π τ的初始值，然后依據在球面上的投影誤差進行優化；藝多幅圖像全局優化利用多幅圖像中所有圖像點的重投影誤差，對所有的待標定參數進行全局優化。I、拍攝多幅清晰的標定板圖像。使用長焦相機拍攝ー組棋盤格標定板圖像，格子的尺寸已知，要求圖像上板子上的每個角點都清晰可見。以標定板為世界坐標系的4 = 0平面,水平直線方向為ズW正方向，豎直直線方向為·正方向，由此建立世界坐標系XuJwZw。已知標定板上JTw方向直線個數為4，方向直線個數為4，則標定板上所有角點的世界坐標系坐標為權利要求1.，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟(I)使用長焦相機拍攝一組棋盤格標定板圖像，圖像個數記為m，其中標定板格子的尺寸已知；以標定板為世界坐標系的Zw = O平面，依據標定板建立世界坐標系,已知標定板上Xw方向直線個數為h，^方向直線個數為;則標定板上所有角點的世界坐標系坐標為 其中i為圖像的編號，(P^)為點的位置標號； 步驟(2)在圖像上標記標定板上所有角點位置，根據Harris角點提取方法在一定的搜索窗口范圍內對所有的角點進行精確定位，得到對應像素坐標系％-&義下的點集坐標，標記為Xw = {x*j =,1 = 1,2,= 2,---lA,q = 1,2,---Iv)； 步驟(3)計算內參通過分解世界坐標系下X和像素坐標系下&之間的單應性矩陣H1 ,可以得到焦距f = 和平移本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：龔小謹，林穎，劉濟林，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：