[发明专利]利用一个八等分圆线性求解摄像机内参数

说明书

技术领域

本发明属于计算机研究领域，涉及一种用于求解摄像机内参数的一个八等分的圆靶标。利用平面上任意一个八等分的圆作为标定模板，通过求解三幅图像上的两对正交方向的消失点的坐标，线性确定摄像机的内参数。

背景技术

计算机视觉理论的研究目的是从二维图像中恢复三维物体可见表面的几何结构，这一过程称为三维重建。空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数，而求解摄像机参数的过程称为摄像机标定。广义上摄像机标定可以分为三种类型：传统的摄像机标定方法、基于主动视觉的摄像机标定方法和摄像机自标定方法。摄像机标定是计算机视觉领域里从二维图像获取三维信息的基本要求，是完成许多视觉工作必不可少的步骤，随着摄像机的普及，许多非视觉专业人士需要有一种简易、灵活的标定方法帮助他们完成与视觉有关的工作。针对这一情况，很多学者进行了大量的研究，促进了摄像机标定方法的发展，其中，基于平面模板的摄像机标定方法成为了目前计算机视觉领域研究的热点之一。文献“A flexible newtechnique for camera calibration”，(Zhengyou Zhang，IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence，vol.22，no.11，pp.1330-1334，2000.)提出了平面标定方法，该方法是介于传统标定方法和自标定方法之间的一种方法，它避免了传统方法设备要求高，操作繁琐的缺点，但是却需要确定模板上点阵的物理坐标以及图像和模板之间的点的匹配，这给不熟悉计算机视觉的使用者带来了不便。文献“A new easy cameracalibration technique based on circular points”，(Xiaoqiao Meng，Zhanyi Hu，PatternRecognition，vol.36，no.5，pp.115-1164，2003.)提出了平面圆标定方法，该方法和上一方法方法相比，虽然所用的模板不同，但是过程相似，并且该方法是基于曲线的拟合，不需要任何匹配即可完成标定，该方法首次将射影几何中圆环点的定义应用到了摄像机标定中来，此后，学者们研究了大量基于平面圆的摄像机标定方法，文献“Camera calibrationusing two concentric circles”，(Abad F，Camahort E，Vivo R，In Proceeding of ICIAR’04：International Conference on Image Analysis and Recognition，pp.688-696，2004.)使用了两个同心圆进行了摄像机标定，文献“Geometric and algebraic constraints ofprojected concentric circles and their application to camera calibration”，(Kim JS，Grudjos P，Kweon IS，IEEE Trans.Pattern Anal.Vol.27，no.4，pp.637-642，2005.)研究了同心圆的几何和代数约束，并将它们应用在了摄像机标定中，文献“利用二次曲线拟合和圆环点进行摄像机标定”，(胡钊政，谈正，西安交通大学学报，vol.40，no.10，pp.1065-1068，2006.)利用两个圆心与半径未知的相交圆实现了摄像机标定，文献“一种基于共面圆的摄像机自标定算法”，(赵征，张广军，魏振忠，光电子.激光，vol.20，no.12，pp.1576-1579，2009.)提出了一种基于自由移动平面圆靶标的摄像机自标定算法，该方法利用欧式空间中平面模板上的不变量作为约束，采用非线性优化技术估计摄像机内参数，文献“基于两相同圆的自标定方法”，(张虎，达飞鹏，李勤，仪器仪表报，vol.31，no.3，pp.618-624，2010.)分析了两个相同圆的内外公切线的性质，并将其应用到了摄像机标定中。

发明内容

本发明提供了一种制作简单，适用广泛，稳定性好的用于求解摄像机内参数的靶标，该靶标是由一个八等分圆及其圆心组成。在求解摄像机内参数的过程中，只需摄像机从不同方位拍摄3幅图像就可以线性求解出5个摄像机内参数。

本发明采用如下技术方案：