[发明专利]基于三正交方向消失点的摄像机自标定方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉研究领域，是一种基于三正交方向消失的摄像机内参数自标定方法，利用场景中三条相互正交直线方向上的消失点，构成关于绝对二次曲线图像的约束，通过求解约束方程最终实现摄像机内参数自标定。

背景技术

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。随着摄像机标定技术的发展，人们开始将一些几何约束(如正交性，共面性)加入到摄像机标定中。对于许多人造物体，通常可以获得三个正交方向的消失点。消失点在摄像机标定中具有重要的作用从而被广泛使用。目前已经有许多方法可以从图像中自动检测出消失点。Caprile and Torre“Using vanishing points for camera calibration”(Int.J.Comput.Vision，1990，4(2))提出了一种基于消失点的摄像机内参数标定算法。随后，出现了许多利用消失点进行摄像机内参数标定的方法，比如文献“Creating architectural models from images”(Liebowitz，Criminisi，Zisserman，In：Proc.Eurogaphcs，Milan.Italy.，1990，pp.30-50)，文献“What can we learn about the scene structure from three orthogonal vanishing points in images”(Wang Guanghui，Tsui，H.T.，Pattern Recognition Lett.，2009，192-202)。然而，这些算法中大多数都是假设摄像机内参数为3参数模型(CCD为正方形像素且无畸变或已知主点)。对于普通摄像机而言，假设无畸变是可以接受的。但是CCD为正方形像素往往难以保证的。Wang Guanghui，Tsui，H.T.，“Camera calibration and 3D reconstruction from a single view based on scene constraints“(Image Vision Comput.，2005，23(3))在假设摄像机内参数为4参数模型(无畸变)的基础上，利用三正交方向上的消失点并且加入场景约束从而实现摄像机标定。

发明内容

本发明利用三正交方向上的消失点，提出了一种针对5参数摄像机模型的标定方法，建立了消失点、摄像机矩阵以及内参数矩阵之间的联系，利用此联系，仅需两幅视图即可实现摄像机内参数5参数的标定。本发明的技术解决方案：

一种基于三正交方向消失的摄像机自标定方法，其特征在于：在固定的摄像机内参数下，拍摄两幅包含三正交直线的场景(通常采用立方体)，其中一个视角垂直于立方体的某个平面，另一个视角可以为任意角度，即可实现摄像机自标定。具体步骤包括：求解三正交方向消失点，求解三正交消失点坐标与摄像机矩阵前三列之间的比例因子，求解绝对二次曲线的像ω^*，求解摄像机内参数矩阵K。

(1)求解三正交方向消失点的坐标

设三条相互垂直直线及其与其平行的直线L₁，L′₁，L₂，L′₂和L₃，L′₃在第二副图像上的像l₁，l′₁，l₂，l′₂和l₃，l′₃。利用射影不变性，有