[发明专利]利用双平面镜装置和圆环点性质求解摄像机内参数

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉研究领域，涉及一种用于求解摄像机内参数的一个新方法，利用两个成一定夹角的平面镜所成像的特殊性，通过求解三幅图像上的圆环点像的坐标，线性确定摄像机的内参数。

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。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、空间立方体及圆柱等等，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。

   传统的摄像机标定方法虽然可以获得较高的精度，但是标定块制作困难，不便于操作，针对这一问题文献“A flexible new technique for camera calibration”, （Zhengyou　Zhang , IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 22, no. 11, pp. 1330-1334, 2000.）提出了用平面模板代替传统标定块的方法，这种方法简单方便，成本低，并且能获得较高的精度，但需要精确定位模板上点阵的物理坐标，由于圆环点是一种更简洁更全局化的基元，因而可以进一步提高方法的稳定性，于是用圆环点解决标定问题被广泛使用，文献“A New Easy Camera Calibration Technique Based on Circular Points, 2002,vol.13,pp.957-965.”就是利用圆环点的属性,从单一投影图像中计算摄像机的内参数。 

圆环点是像平面上一个特殊的虚点，平面上任意一个圆与无穷远直线的交点称为圆环点。文献（胡钊政, 谈正“利用二次曲线拟合和圆环点进行摄像机标定”, 西安交通大学学报(自然科学版， vol.40, no.10, pp. 1065-1069, 2006.）根据两条二次曲线的交点求取圆环点，文献（胡培成，黎宁，周建江“一种改进的基于圆环点的摄像机自标定方法”, 光电工程, pp. 54-60, 2007.）基于拉盖尔定理求取圆环点像的坐标，进而建立对绝对二次曲线像（IAC）的约束。

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方法。该方法由两个矩形平面镜片组成，并且垂直于两平面镜底边构成的平面，一个物体任意放置在两平面镜片之间，调整两平面镜片之间的夹角在                                                之间，使这个物体在两个平面镜中共形成四个像。根据平面镜成像原理，物体和四个像的对应点在一个圆周上，利用圆环点的性质线性求解摄像机内参数。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包括物体在内的五个视图的3幅图像就可以线性求解出摄像机的5个内参数。 

本发明采用如下技术方案：

本发明是由两个矩形平面镜构成，利用圆环点的性质进行摄像机自标定的方法。具体的步骤包括：拍摄三幅包括物体在平面镜中形成的四个像的图像，从图像上提取特征点；求解消失线，利用形成的一组对应特征点在一个圆周上，两个实平面镜法方向的无穷远点在一条直线上，这条直线称为无穷远直线，而无穷远直线的像称为消失线；圆的投影与消失线的交点就是圆环点的像，建立圆环点的像对绝对二次曲线的像的约束；利用三幅图像建立三组约束方程,可线性求解摄像机的内参数。

1.提取图像中的特征点

在Matlab软件中利用Harris角点检测提取出图像平面上的特征点坐标。

2.求圆环点像的坐标

（1）  计算两个平面镜法方向的消失点与两个平面镜法平面的消失线