[发明专利]一种远心移轴相机标定方法和系统

说明书

本发明公开了一种远心移轴相机标定方法，包括：根据远心移轴相机采集的图像建立标定模型，标定模型的内参包括远心移轴相机的倾斜角度、旋转角度和镜头放大倍率；根据图像的像素坐标与世界坐标的关系计算各图像对应的单应性矩阵；根据单应性矩阵计算得到标定模型的内参；根据标定模型的内参计算得到标定模型的外参；建立远心移轴相机的镜头畸变模型,并计算得到镜头畸变模型的参数以及优化后的内参和外参。此外，还公开了一种远心移轴相机标定系统。上述远心移轴相机标定方法和系统提高了远心移轴相机标定结果的精度。

技术领域

本发明涉及相机标定领域，尤其涉及一种远心移轴相机标定方法和系统。

背景技术

远心镜头具有大景深、低畸变等显著优点，且在一定的物距范围内物像倍率恒定不变，消除了普通成像镜头的视差问题，因而，非常适合用于复杂微小结构的精确成像。但由于只有平行于光轴的光线才能进入远心镜头成像，使得视场受限于远心镜头的孔径大小，约为几十个mm，导致远心镜头无法适用于大视场、大景深的三维成像。

根据Scheimpflug原理，远心镜头与成像面倾斜的话可以增加成像的景深。因而，为了增加成像景深，可在远心镜头与相机之间加入Scheimpflug调整器，构成远心移轴相机。这样，对基于Scheimpflug原理的三维成像系统研究的关键是针对对应的远心移轴相机进行标定。

由于远心移轴相机相比原有的远心镜头多了移轴镜头的特性，因而，对应的标定模型需增加远心移轴相机的倾斜角度和旋转角度因素的考虑。现有技术中，一般是根据远心移轴相机的外部刻度参数来初始化倾斜角度和旋转角度，但由此得到的内参初始值精度不高，因而标定完成得到的标定结果的精度也不高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种远心移轴相机标定方法和系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种远心移轴相机标定方法，包括：

根据远心移轴相机采集的图像建立标定模型，标定模型的内参包括远心移轴相机的倾斜角度、旋转角度和镜头放大倍率；

根据图像的像素坐标与世界坐标的关系计算各图像对应的单应性矩阵；

根据单应性矩阵计算得到标定模型的内参；

根据标定模型的内参计算得到标定模型的外参；

建立远心移轴相机的镜头畸变模型,并计算得到镜头畸变模型的参数以及优化后的内参和外参。

进一步地，标定模型如下：

其中，1≤i≤N，N为采集的图像幅数且N为不小于4的整数；(u_i,v_i)为第i幅图像的像素坐标，(X_iW,Y_iW)为第i幅图像的世界坐标，为第i幅图像的旋转平移矩阵，d_u、d_v为远心移轴相机的像素尺寸且d_u＝d_v，(u₀,v₀)为像素单位下的主点坐标，α、β、m分别为远心移轴相机的倾斜角度、旋转角度和镜头放大倍率，R_tilt(α,β)为关于α、β的3×3矩阵。

进一步地，第i幅图像对应的单应性矩阵H_i表示为：

相应地，根据单应性矩阵计算得到标定模型的内参的步骤包括：

令根据旋转矩阵的正交特性得到如下表达式：

对N幅图像对应的单应性矩阵进行联立，联立表达式如下：