[发明专利]分离圆的公共自极三角形及圆环点标定针孔摄像机的方法

摘要

本发明涉及一种分离圆的公共自极三角形及圆环点标定针孔摄像机的方法。首先，分别从这一幅图像中提取靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得圆像方程。根据任意两个分离圆像都有唯一的公共自极三角形，可以得到这一对分离圆像的一组对应的极点与极线。同时这条极线是经过这个两个圆的圆心的像，且这个极点是一个消失点。又两个分离圆像交于两对共轭复点，其中一对为圆环点的像，根据圆环点的像与消失点共线的性质可以判断两对共轭复点中哪一对为圆环点的像，从而求得圆环点的像。那么三幅图像可以得到三组圆环点的像，从而利用圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束求解针孔摄像机内参数。

主权项

1.一种利用分离圆的公共自极三角形及圆环点标定针孔摄像机的方法，其特征在于由平面中一对分离圆作为靶标；所述方法的具体步骤包括：首先，分别从这一幅图像中提取靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得圆像方程；根据任意两个分离圆像都有唯一的公共自极三角形，以得到这一对分离圆像的一组对应的极点与极线；同时这条极线是经过这个两个圆的圆心的像，且这个极点是一个消失点；又两个分离圆像交于两对共轭复点，其中一对为圆环点的像，根据圆环点的像与消失点共线的性质以判断两对共轭复点中哪一对为圆环点的像，从而求得圆环点的像；那么三幅图像以得到三组圆环点的像，从而利用圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束求解针孔摄像机内参数；(1)得到公共极点设O_c‑x_cy_cz_c为摄像机坐标系，O_w‑x_wy_wz_w为世界坐标系，设平面π上的圆C在针孔摄像机模型下的成像为像平面π’上的圆像c；则圆C上任意一点A与圆像c上的像点m_A满足m_A＝K_c[R|t]A，其中R和t分别为摄像机坐标系与世界坐标系之间的变换关系的旋转矩阵和平移向量；若令以O_c为光心的摄像机的内参数矩阵为其中r_c是纵横比，f_c是有效焦距，s是倾斜因子，[u₀ v₀ 1]^T是摄像机主点p的齐次坐标矩阵形式，其中r_c,f_c,u₀,v₀,s为摄像机的5个内参数；利用Matlab中的Edge函数提取每幅图像中的靶标图像边缘点的像素坐标，通过最小二乘法拟合得到相应的二次曲线方程；这里用其中n＝1,2,3表示第n幅图像中第一个圆像的系数矩阵，其中n＝1,2,3表示第n幅图像中第二个圆像的系数矩阵；本文为了简化表述，用相同字母表示曲线和它的系数矩阵；由于是分离的圆像，则都有唯一的公共自极三角形，且极点是的一个特征向量，也是一个消失点；(2)得到圆环点的像因为是分离的圆像，则交于两对共轭复点，其中一对为圆环点的像；根据圆环点的像与消失点共线的性质以确定圆环点的像。