[发明专利]可变焦摄像机空间三维位姿的单视测量方法

摘要

本发明为一种可变焦摄像机空间三维位姿的单视测量方法，该方法是：设定一组由3个正方形图案组成的平面合作目标；在空间某一位置，拍摄一幅平面合作目标图像；对平面合作目标图像进行处理，处理流程是：①由于光学镜头畸变的存在，致使所拍摄的平面合作目标图像存在几何失真，所以，首先采用基于亚象素边缘线点的快速畸变校正方法来对平面合作目标图像的轮廓进行几何畸变校正。②然后，提取校正后的平面合作目标图像轮廓的亚像素边缘直线参数；采用主点查找表的方式，根据摄像机透视投影模型，通过线性变换求出摄像机的焦距及外部参数，完成可变焦摄像机相对于平面合作目标的三维位姿的单视测量。

主权项

1、一种可变焦摄像机空间三维位姿的单视测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)设定平面合作目标：设定参数未知的一组由3个正方形组成的图案作为平面合作目标；(2)拍摄平面合作目标图像：在空间某一位置，用调焦后的可变焦摄像机拍摄一幅含有3个正方形图案且近乎充满画面的平面合作目标图像，拍摄时摄像机光轴与平面合作目标法线的夹角在20°至50°之间；(3)对平面合作目标图像的处理流程，具体步骤如下：(3.1)基于亚象素边缘线点的平面合作目标图像轮廓的快速畸变校正方法：(3.1.1)基于边缘线点的畸变参数标定：提取平面合作目标图像的亚象素边缘线点，并将这些线点作为畸变参数标定的输入，同时根据直线透视投影的不变性来估计镜头的一阶径向畸变参数；(3.1.2)基于平面合作目标图像轮廓的几何畸变校正：利用摄像机畸变参数的最优值，针对于轮廓简单的平面合作目标图像，根据摄像机镜头的畸变模型及其反畸变模型，对平面合作目标图像的轮廓部分进行几何畸变校正；(3.2)平面合作目标图像中方形P角点的自动排序：复制平面合作目标原图像，用Harris方法提取该图像的角点，根据平面合作目标的特点，借助内部白色正方形A的四个角点，对黑色正方形P的四个角点进行自动排序；(3.3)自动提取校正后平面合作目标图像轮廓的亚象素边缘直线参数：根据排序后的角点，在校正后平面合作目标图像的轮廓上，分隔出进行亚像素边缘提取的区域，采用精度为1/10像素的Hessian矩阵法提取这一区域的亚像素边缘直线线点，拟合出所需直线的参数；(4)基于主点查找表的可变焦摄像机空间三维位姿的单视测量方法：(4.1)主点查找表的建立：让摄像机从最小焦距开始等步距变焦，直至变焦到最大，在每个焦距位置离线测得该焦距下摄像机的主点，建立主点查找表；(4.2)可变焦摄像机空间三维位姿的单视测量方法：利用主点查找表，根据变焦时间确定该焦距下的摄像机主点，由第3.3所得的边缘直线参数以及与其对应的平面合作目标的直线参数，根据摄像机透视投影模型，通过线性变换求出摄像机的焦距及相对于平面合作目标的外部参数，完成摄像机相对于平面合作目标的三维位姿的单视测量。