[发明专利]鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板

说明书

本发明提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，在标定方法中，鱼眼相机拍摄圆柱形立体标板的特征图案并提取特征点，然后调用非线性优化算法，输入特征点坐标，并基于标定用数学模型得到鱼眼相机的参数。特征图案基于将斑点图案基于鱼眼投影原理而得到，并被设置于圆柱面，该方法只需要对标板成像较少的次数如可以少至一次，即可计算得到鱼眼相机的内参数，从而用于校正鱼眼相机的畸变。

技术领域

本发明在于提供一鱼眼相机的参数的测试方法，尤其涉及采用立体圆柱形标定筒作为标板并且基于鱼眼相机投影原理建立的数学模型对鱼眼相机进行标定的方法及其标定系统。

背景技术

相机的成像模型表达了像素与外部空间的对应关系，是图像处理、机器视觉的关键技术之一。目前，针对鱼眼相机的数学模型主要有两大类。一是基于鱼眼相机的投影原理而建立的解析式模型。这种模型往往包含一些物理意义明确的参数，如焦距、光轴中心坐标等。但是这种模型往往过于复杂，包含了许多外参，使得内参难以获得。二是多项式模型。这种模型通用性好，但是模型的阶数不确定，完全放弃了镜头本身的投射原理，难以验证结果的有效性。

无论采用哪一种模型，都需要确定模型的参数。确定参数的方法也分为两大类。一种是借助精密的机械台，依次求得每一个参数。在求某一参数时，旋转、平移相机或参照物并抵消其他参数的作用，从而求得目标参数。这种方法的成本高，效率低，只适合对精度要求极高的场合。另一种是用相机对参照物成像，通过优化算法，一次性得到全部参数。参照物又叫标板，其上绘有一系列的特征点，相机对标板成像后检测出特征点的实际像点。另一方面，通过数学模型可以算出特征点的模型像点。通过调整数学模型的参数，使得两组像点的误差最小，即可获得数学模型。

一种常见的标板图案是黑白棋盘格。特征点分布于黑白交变处的角点。这种方法理论上精确地定位了特征点，然而实践中由于噪声、畸变和算法的问题，所提取的特征点的误差是比较大的。这种定位方式虽然在理论上只需2、3次试验，但实际操作中往往需要20次以上，这足以说明该方法的不确定性。另一种常见的标板图案是黑白斑点序列。特征点分布于斑点的中心。该方法简单方便、抗噪性好，但当存在非线性畸变时，圆斑的中心会发生偏移。

另外，目前标板都是平面的，而鱼眼相机的广角范围大，进而无法有效覆盖鱼眼的大视角，会造成定位的偏差。

发明内容

本发明的一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其中所述方法基于鱼眼相机投影原理建立数学模型，并且只需要对所述标板成像较少的次数如可以少至一次，即可计算得到所述鱼眼相机的内参数如焦距或光轴中心，从而用于校正鱼眼相机的畸变。

本发明的另一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其中所述标版为圆柱形结构，以减少尺寸的限制，能够有效覆盖所述鱼眼相机的大视角，同时圆柱面得以无损平面展开，便于打印。

本发明的另一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其中所述标版的制作简单，可以在标版直接粘贴平面图案，从而形成立体测试图案。

本发明的另一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其通过斑点投影来产生特征纹理图案，几何形状的斑点以同心圆并呈同一径向的360度射状排列，将投影前图案投影到圆柱面，即可得到标板所需的图案。

本发明的另一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其中所述方法适合于对等距鱼眼相机的标定。

本发明的另一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其中所采用的非线性畸变的估计方法使得所设计的标定方法避开了斑点中心的偏移问题。

本发明的另一目的在于提供一鱼眼相机的标定方法及其标定系统和标板，其中通过成像后特征点的中心坐标的不重合程度，估计圆柱形标版与光轴的不重合程度，从而基于软件算法校正所述鱼眼相机与圆柱形标板的相对位置，避免对精密机械台的依赖。