[发明专利]利用一条直线及帕斯卡定理标定拋物折反射摄像机的方法

说明书

本发明是利用利用一条直线及帕斯卡定理标定拋物折反射摄像机的方法。首先，分别从3幅图像中提取靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得靶标方程。在线像上取三个点，根据帕斯卡定理及其推论获得关于圆环点的像的非线性方程，同时圆环点的像也位于线像上，从而联立方程获得关于圆环点的像的非线性方程组。利用牛顿迭代法求解方程组从而获得圆环点的像，三幅图像提供三组圆环点的像。最后，利用圆环点的像对绝对二次曲线像的约束求解摄像机内参数。具体的步骤包括：拟合出靶标投影方程，得到关于圆环点的像的方程组，确定圆环点的像，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，涉及一种利用空间中一条直线及帕斯卡定理求解抛物折反射摄像机内参数的方法。

背景技术

计算机视觉的中心任务就是对图像进行理解，而它的最终目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力。这种能力将不仅使机器能感知包括形状、姿态、运动等在内的三维环境中物体的几何信息，而且能对它们进行描述、存储、识别与理解。摄像机标定就是确定从三维空间点到它的二维图像点之间的映射关系，它是许多计算机视觉应用必不可少的步骤。为了确定这一映射过程，需要建立摄像机的几何成像模型，几何模型的参数称为摄像机参数，摄像机参数可分为内参数和外参数两类。内参数描述成像系统的成像几何特性，外参数描述成像系统关于世界坐标系的方向和位置。摄像机标定可分为传统标定、自标定和基于几何实体的标定。无论哪种标定方法，都旨在建立二维图像与摄像机内参数之间的约束关系，特别是线性约束关系，这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。

抛物折反射摄像机由一个抛物镜面和一个正交摄像机组成，它的成像视野大，是全景视觉领域研究的热点之一。文献“Catadioptric self-calibration”，(Kang S.B.,Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,vol.1,pp.201-207,2000)提出了一种折反射摄像机自标定方法，这类方法的优点是不需要使用标定块，缺点是必须获得图像之间的对应点。而在计算机视觉中，实现一个十分有效的寻找对应点的方法是很困难的。文献“Geometric properties of central catadioptricline images and their application in calibration”,(Barreto J.P.,Araujo H.,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,vol.27,no.8,pp.1327-1333,2005)研究了中心折反射摄像机下直线的像的几何性质，并将这些性质应用于中心折反射摄像机的标定。文献“Using concurrent lines in central catadioptriccamera calibration”,(Lei ZHANG,Xin DU,Ji-lin LIU,Journal of ZhejiangUniversity SCIENCE C,vol.41,vol.12,issue 3,pp 239–249,2011)介绍了利用共点线和直线的性质提出了一个由繁化简的标定方法，将非线性最小化标定问题分成几个线性子问题，从而可获得中心折反射摄像机内参数。文献“Calibration of central catadioptriccameras using a DLT-like approach”,(Puig L.,Bastanlar Y.,Sturm P.,etal.International Journal of Computer Vision,vol.93,no.1,pp.101-114,2011)提出了一种基于三维控制点的标定方法，通过使用Veronese映射对三维点和其图像点的坐标进行了扩展，在扩展坐标的基础上基于DLT(直接线性变换)——相似方法实现了中心折反射摄像机的标定，但是这类方法需要已知三维点的位置，并且容易从图像中提取其图像点。