[发明专利]基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法

权利要求书

1.一种基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取图像点集：提取反射折射图像的边缘，从图像的边缘得到属于一条空间直线的图像点集；

2)随机采样：从步骤1)获取的图像点集中随机采样M组图像点，每组图像点由三个不同的图像点组成，其中M≥1；

3)约束方程的建立与求解：确定步骤2)中采样的每组图像点关于焦距的多项式约束方程，并求解得到M个焦距估计值；

4)焦距的确定：对步骤3)中得到的M个焦距估计值进行预处理，利用单位视球成像模型中空间点的射影性质，根据预处理后的每个焦距估计值，分别确定与步骤1获取的图像点集对应的空间点在单位视球上的投影点集，利用该投影点集，拟合一个通过单位视球球心的平面，计算该投影点集到该平面的平均距离，对应最小平均距离的焦距估计值即为所确定的单光心反射折射摄像机的焦距。

2.根据权利要求1所述的基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法，其特征在于，步骤1)中所述提取反射折射图像的边缘是通过基于Canny算子的边缘提取方法。

3.根据权利要求1所述的基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法，其特征在于，步骤1)中所述从反射折射图像的边缘得到属于一条空间直线的图像点集是使用聚类方法或手工方式。

4.根据权利要求1所述的基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法，其特征在于，步骤2)中所述采样M组图像点是按照RANSAC方法中的准则进行确定。

5.根据权利要求1所述的基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法，其特征在于，步骤3)中所述约束方程的建立包括如下分步骤：

3.1)预处理：令m＝(u v 1)^T表示任意一个图像点，则是将图像原点移至图像主点p＝(u₀ v₀ 1)^T的平移变换，令{m_i：i＝1，2，3}表示步骤2)中采样的任意一组图像点，则i＝1，2，3；

3.2)多项式约束方程的建立：一组图像点{m_i：i＝1，2，3}关于焦距f的多项式约束方程表示如下：

D3η1-D2η2+D1η3-2(D3-D2+D1)=0,ξ=1D3λ1-D2λ2+D1λ3-(1+τ)(D3-D2+D1)rf2=0,ξ≠1---(1)]]>

其中：

ηi=r2f4+(m^ix2+m^iy2r2)f2-2sm^iym^iyf+m^iy2s2r2f4]]>

m^i=(m^ix,m^iy,1)T,i=1,2,3]]>

D1=detm^1xm^2xm^1ym^2y,]]>D2=detm^1xm^3xm^1ym^3y,]]>D3=detm^2xm^3xm^2ym^3y]]>

λi=(1+τ)r2f4+τ(m^ix2+m^iy2r2)f2-2τsm^ixm^iyf+τm^iy2s2]]>

τ＝(1-ξ²)/ξ²

r为图像纵横比，s为倾斜因子，ξ为镜面参数；

当ξ＝1，即反射镜面为旋转抛物面时，多项式约束方程(1)整理成一个关于焦距f的4次多项式约束方程；

当ξ≠1，即反射镜面为其它类型时，多项式约束方程(1)则整理成一个关于焦距f的8次多项式约束方程。

6.根据权利要求1所述的基于空间共线点的单光心反射折射摄像机焦距标定方法，其特征在于，步骤4)中所述对步骤3)中得到的M个焦距估计值进行预处理是对步骤3)中得到的M个焦距估计值进行排序，丢弃前后各N个极端的焦距估计值，其中N＜M/2。