[发明专利]利用单个球及平行圆切线性质标定拋物折反射摄像机

摘要

本发明是利用单个球及平行圆切线性质标定拋物折反射摄像机的方法，其特征在于仅利用球元素。首先，分别从3幅图像中提取镜面轮廓投影的边缘点和靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影和球像的投影。其次，根据像点和其对拓像点的关系获得对拓像点，从而拟合出球像的对拓球像。在球像上取一个点，并求出对拓像点。由对拓像点的定义和平行圆的性质，上述一组对拓像点提供一个消失点。在抛物折反射系统下，球第一次投影到单位视球上形成两个平行小圆。异面的两个平行圆有两对共轭的虚交点，其中与圆所在平面的无穷远点共线的两个共轭虚交点为圆环点。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。

主权项

1.一种利用空间中的一个球及平行圆切线的性质标定抛物折反射摄像机内参数的方法，其特征在于由空间中的一个球作为靶标；在抛物折反射系统下，空间中的球在单位视球上的投影小圆和其对拓圆是平行圆，有四个交点；利用球在抛物折反射摄像机下的成像特征及圆环点与无穷远点的共线性求解抛物折反射摄像机内参数；所述方法具体步骤包括：首先，用抛物折反射摄像机从不同的位置拍摄3幅含有球的图像，提取镜面轮廓投影的边缘点和靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得镜面轮廓投影和球的图像；其次，根据球的像点和其对拓像点的关系获得对拓像点，从而估计球像的对拓球像；在球像上任取一个点，并求得对拓像点，由对拓像点的定义，球像上的点关于球像的切线和对拓像点关于对拓球像的切线交于消失点；在像平面上求解球像与对拓球像的两组共轭虚交点，再根据圆环点的像与消失点的共线性线性获得圆环点的像；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；(1)确定圆环点的像在球Q在单位视球上的投影小圆S1+上任取一点A1+，用A1‑表示A1+关于单位视球球心O的对称点，即对拓点，则点A1‑在S1+关于单位视球球心O的对称圆，即对拓圆S1‑上；L1+为点A1+关于圆S1+的切线，L1‑为点A1‑关于圆S1‑的切线，根据对拓点的定义及平行圆的性质，L1+//L1‑，于是L1+和L1‑具有相同的无穷远点，这里用V1∞表示L1+,L1‑上的无穷远点；小圆S1+和S1‑为两个平行圆，有两组共轭的虚交点；已知平行的圆都交于圆环点，所以圆环点I,J为平行圆S1+和S1‑一组共轭虚交点；空间圆与其所在平面的无穷远直线均交于圆环点，即圆环点与该平面无穷远点是共线的，故无穷远点V1∞与圆环点I,J是共线的；在像平面上，用C1+,C1‑分别表示S1+,S1‑的像，用a1+,a1‑分别表示A1+,A1‑的像，则a1+,a1‑为一对对拓像点；记过点a1+关于二次曲线C1+的切线为l1+，过点a1‑关于二次曲线C1‑的切线为l1‑，则根据射影变换的性质，直线l1±为直线L1±的像，于是通过直线l1+,l1‑确定S1+所在平面上的一个消失点v1,即是V1∞的像；C1+,C1‑有两组共轭的虚交点，其中一组必为圆环点的像m1I,m1J；透视变换保持点线的结合性，故在像平面上圆环点的像m1I,m1J与消失点v1也是共线的；根据共线性的判断，在两组共轭虚交点中可判断圆环点的像。