[发明专利]基于鱼眼镜头立体视觉的虚拟空间定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理方法技术领域，尤其涉及一种基于鱼眼镜头立体视觉的虚拟空间定位方法及系统。

背景技术

近年来，随着计算机软硬件的进步以及国内外研究水平的提高，带动了计算机视觉技术的飞速发展。相对于普通镜头的立体视觉技术，基于鱼眼镜头的立体视觉相关技术得到了广泛的应用。普通的视觉镜头视场范围有限，已经无法满足一些特殊场合的要求。例如机器人导航或视觉定位中，普通相机只能对前方障碍物进行检测，并不能捕捉到道路两侧环境的目标。然而，鱼眼镜头的出现克服了传统镜头视场角的不足。鱼眼镜头是一种大视场、短焦距的特殊广角镜头，通过牺牲形变得到广阔的视野范围。由于鱼眼镜头的视场特点，使得它在运动目标跟踪以及机器人导航中受到了很大的关注和应用，并且鱼眼镜头作为一种仿生学技术，其在军事领域也具有极其重要的战略价值。

基于鱼眼镜头的双目视觉技术是目前机器视觉的一个新型的研究方向之一。普通镜头的双目立体视觉的视场范围较小，导致拍摄的图像重叠的区域很小，然而鱼眼双目视觉的视场范围很大，它能够涵盖更多的外界信息，图像重叠区域大，更利于后续两幅图像的匹配重建，因此构建鱼眼双目立体视觉系统有着不可估量的研究价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可提高鱼眼镜头立体视觉空间定位的精确性与稳定性的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于鱼眼镜头立体视觉的虚拟空间定位方法，其特征在于包括如下步骤：

通过等立体角投影的成像关系，建立理想的鱼眼双目立体视觉定位模型；

获取拍摄的图像的真实坐标与所述定位模型对应的图像坐标点；

求出鱼眼双目立体视觉定位模型参数的初始值；

通过质心点优化方法建立目标函数，实现基于鱼眼镜头的虚拟空间定位。

进一步的技术方法在于，鱼眼双目立体视觉定位模型的建立方法如下：

使用遵循等立体角投影定理的鱼眼镜头，以镜头内部结构中每组镜片的入射角与折射角之间的关系作为成像理论；引入径向畸变Δr和切向畸变Δt的畸变模型；i₁、i₂、j₁、j₂、m₁、m₂为畸变模型参数，通过引入畸变公式来修正镜头的径向畸变Δr以及切向畸变Δt，(x_d,y_d)^T为加入畸变后的图像坐标；加入畸变后的成像平面转化到以像素为单位的图像坐标系

其中m＝(u,v)^T为图像的像素坐标，m_u、m_v、(u₀,v₀)为鱼眼相机的内部参数；令C为该鱼眼相机定位模型，则有：

m＝C(X_w)(2)。

进一步的技术方法在于，所述的步骤获取拍摄的图像的真实坐标与对应的图像坐标点的方法如下：

设标定板上某一标定圆的圆心坐标为X_w＝(X₀,Y₀,0)^T，半径为R，则该圆内任意一点X_i表示为X_i(a,θ)，由所述鱼眼双目立体视觉定位模型求出点X_i对应的图像坐标点，其中a表示标定圆的半径，a∈[0,R]，θ表示标定圆的角度。

进一步的技术方法在于，所述的步骤求出鱼眼双目立体视觉定位模型参数的初始值的方法如下：

将需要使用的目标方程建立以后，判断需要知道的内部参数有：a、n²、m_u、m_v、u₀和v₀共6个内部参数；外部参数有旋转矩阵R和平移向量t；畸变参数为i₁、i₂、j₁、j₂、m₁和m₂；设置各个参数的初始值的方法分别如下：

设置内部参数初始值：光学折射模型中的参数a和n²的初值由已有数据求得；对于以椭圆为成像边界的鱼眼图像，可以求出该椭圆的一般方程：对于(u₀,v₀)的第一个数据是椭圆中心，m_u和m_v的第一个数据可以由已有数据得到；