[发明专利]利用一条直线的成像标定抛物折反射摄像机的方法

说明书

本发明涉及一种利用一条直线的成像标定抛物折反射摄像机的方法，其特征在于利用单位视球成像模型中直线在单位视球上的投影和镜面轮廓在单位视球上的位置之间的几何联系。所述方法的具体步骤包括：首先，从该幅图像上提取线像和镜面轮廓的像上像点的像素坐标。其次，根据镜面轮廓的像上像点的像素坐标拟合镜面轮廓的像，并求解抛物折反射摄像机内参数的初始值。然后，求得线像和镜面轮廓的像上像点对应的对拓像点，即单位视球一条直径上的两个端点的像。最后利用线像和镜面轮廓的像上对拓像点之间的性质求解正交方向上的影消点，进而求解抛物折反射摄像机内参数。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，涉及一种利用直线与其在单位视球上投影的几何性质求抛物折反射摄像机内参数的方法。

背景技术

计算机视觉是近些年新兴起来的学科，它利用计算机模拟人类视觉，具体来说是利用摄像机模拟人类的眼睛实现图像的获取，利用计算机模拟人类的大脑实现对图像的处理和分析。计算机视觉的主要目的是为计算机开发具有与人类水平相当的视觉能力，实现计算机能像人类这样通过视觉观察和理解世界，进而可以自主适应周围环境。随着计算机视觉领域的发展，由于传统摄像机成像视野小，提出了将传统摄像机与反射镜面相结合而实现的折反射摄像机。组成折反射摄像机的反射镜面可以有多种类型，如平面、锥面、球面、旋转二次曲面等。折反射摄像机不但具有大的成像视野，还易于将它获得的图像转化为透视图像，因此折反射摄像机在计算机视觉领域有这广泛的应用。Baker和Nayer根据折反射摄像机是否有固定的单视点将折反射摄像机分为中心和非中心两类。其中中心折反射摄像机的反射镜面有四种类型：抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜和平面镜，其镜面类型由镜面参数确定：镜面参数的取值范围为0-1，当镜面参数为0时，镜面类型为平面镜；当镜面参数在0-1之间时，镜面类型为双曲面镜或椭球面镜；当镜面参数为1时，镜面类型为抛物面镜。非中心折反射摄像机的反射镜面类型有：锥镜面等。

抛物折反射摄像机是由一个抛物镜面和一个传统摄像机组成，它成像视角灵活、镜面参数已知，是全景视觉领域研究的热点。文献“Catadioptric projective projectivegeometry”(C.Geyer,K.Daniilidis,International Tournal Computer Vision,45(3):223-243,2001)证明了抛物折反射摄像机成像过程等价于单视位球两步成像模型，统一了不同类型的中心折反射摄像机的成像模型，推动了抛物折反射摄像机的发展。文献“Catadioptric camera calibration using geometric invarants”(X.Ying,Z.Hu,IEEETransactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,26(10):1260-1271,2004)利用抛物折反射摄像机的镜面轮廓在像平面上的投影为一条二次曲线，且这条二次曲线可以被完全提取，获得了关于摄像机内参数的四个不变量，并用这些不变量对摄像机的内参数的初始值进行了估计。文献“Paracatadioptric camera calibration”(C.Geyer,K.Daniilidis,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,24(5):687-695,2002)提出了利用三条直线标定抛物折反射摄像机，取得精度高的标定结果，但该方法选取的直线较多，在现实环境中常见的直线大多为平行或垂直关系，不易同时获取三条不共面的直线。文献“Anew linear algorithm for calibrating centralcatadioptric cameras”(F.Wu,F.Duan,Z.Hu,Pattern Recognition,41(10):3166-3172,2008)获得了空间点在单位视球上的投影点和在像平面上的投影点之间的关系，利用这种关系线性计算出中心折反射摄像机的内参数。这种方法提出了与像点相对应对拓像点，为摄像机标定打开了新局面，但需要不同位置下一条直线的三幅图像，增加了前期操作。

发明内容