[实用新型]球体上六个相切圆求解摄像机内参数的标定块

说明书

技术领域

本实用新型属于计算机视觉领域,是一种用于球体上六个相切圆求解摄像机内参数的标定块。 

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，而这种关系又是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。在大多数情况下，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、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究的热点之一。 

实用新型内容

本实用新型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标定块。该标定块是在一个球体上切割出6个相同的相切圆所构成的。 

本实用新型采用如下技术方案：本实用新型是在一个球体上切出6个相切的圆，其中每两个相对的切圆球心对称，每两个相邻的切圆互相垂直，每两个相邻的切圆之间有且仅有一个切点，且切圆的半径为球半径的四分之一。为方便特征点的提取，分别取每个切圆和与它相邻切圆的四个切点，并计算出每个切圆的圆心。在每个切圆的四个切点中，两两相对的切点的切线互相平行，且关于圆点对称，两两相邻切点的切线互相垂直。然后求出每个切面上的两组相互正交方向上的消隐点，利用拉盖尔定理求出这个面上的圆环点，在利用圆环点联立方程求解摄像机的5个内参数。在求解摄像机内参数的过程中，只需摄像机选取适当方位拍摄标定块中包含3个不同的切割的圆面，一幅图像即可线性求解出摄像机的5个内参数。 

本实用新型优点：（1）在一个球体上切割6个相同的切圆，其中每两个相对的切圆球心是对称的，每两个相邻切圆相互垂直，它们之间有且仅有一个切点，切圆的半径为球半径的四分之一；（2）稳定性好，使用广泛，图形的构造简便；（3）简化操作，选取适当角度，可拍摄到含3个不同的切圆面，一幅图像即可线性求解出5个内参数。 

附图说明

图1 是标定块的结构示意图。 

图2 是标定块的一个表面正交方向消隐点求解原理图。 

具体实施方式

一种用于摄像机自标定的标定块，它在一个球体上切割六个相同的切圆，其中每两个相对的切圆球心对称，每两个相邻切圆相互垂直，它们之间有且只有一个切点，且切圆的半径为球半径的四分之一。为方便特征点的提取，分别取每个切圆和与其相邻的切圆的4个切点，并计算出每个切圆的圆心。在每个切圆的四个切点中，两两相对的切点的切线互相平行，且关于圆点对称，两两相邻切点的切线互相垂直。然后求出每个切割圆面上的两组相互正交方向上的消隐点，利用拉盖尔定理求出这个面上的圆环点，在利用圆环点联立方程求解摄像机的5个内参数。在求解摄像机内参数的过程中，只需摄像机选取适当方位拍摄标定块中包含3个不同的切割圆面，一幅图像即可线性求解出摄像机的5个内参数。 

标定块结构示意图如图1所示，在球体的一个切割面ABCD上,其中 A，B，C，D为切圆E与相邻切圆的四个切点，E为切圆的圆心， AD//BC、AB//DC且AB与BC的连线垂直交于点B，AC与BD的连线垂直交于点E；在球体的另一个切割面BFGH上，其中B，F，G，H为切圆I与相邻切圆的四个切点,I为切圆的圆心，BF//HG，HB//GF且BF与BH的连线垂直交于点B，BG与HF的连线垂直交于点I；在球体的一个切割圆面CHJK上，其中C，H，J，K为切圆L与相邻切圆的四个切点，L为切圆的圆心，KC//JH，KJ//CH且KC与KJ的连线垂直交于点K，CJ与KH的连线垂直交于点L。利用AD//BC、AB//DC求出正交方向BC、AB的消隐点，同样得出正交方向上BF、BH和CJ、KH的消隐点，在利用中点的调和共轭性，计算出三组两正交方向上AC、BD， BG、HF和CJ、KH的消影点，从而得出每个面上的两组不同正交方向上的消隐点，再利用拉盖尔定理求出每个面上的圆环点，利用得出的3组圆环点联立方程求解摄像机的5个内参数。 

求解球体的一个切割圆面ABCD上平面图像坐标原理：如图2，球体的一个切圆面ABCD的像为四边形abcd，e为切面圆心E的像点， p1是AD的像ad与BC的像bc的消影点，p2是AB的像ab与DC的像dc的消影点。由ad//bc求出bc方向上的消隐点p1，由ab//dc求出ab方向上的消隐点p2，再由中点的调和共轭性求得两正交方向上AC的像ac、BD的像bd的消影点，同样得出另外两个切圆面上两组正交方向上的消影点。在每个面上，利用拉盖尔定理求出圆环点，利用得出的3组圆环点联立方程求解摄像机的5个内参数。