[发明专利]单个球的公共自极三角形及圆环点标定抛物摄像机的方法

摘要

本发明是利用单个球的公共自极三角形及圆环点标定抛物摄像机的方法。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球像方程。根据任意两个分离球像都有唯一的公共自极三角形，可以得到这球像与其对拓球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球的球心的像，且这个极点是一个消失点。又球像与对拓球像有四个虚交点，其中有一对共轭复点为圆环点的像，根据圆环点的像与消失点共线的性质可以确定圆环点的像，从而利用圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束求解抛物折反射摄像机内参数。

主权项

1.一种利用单个球的公共自极三角形及圆环点标定抛物摄像机的方法，其特征在于由空间中的单个球作为靶标；所述方法的具体步骤包括：首先，用抛物摄像机从不同的位置拍摄三幅含有单个球的图像中提取靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得球像方程；根据任意两个分离球像都有唯一的公共自极三角形，以得到这球像与其对拓球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球的球心的像，且这个极点是一个消失点；又球像与对拓球像有四个虚交点，其中有一对共轭复点为圆环点的像，根据圆环点的像与消失点共线的性质以确定圆环点的像，从而利用圆环点的像与绝对二次曲线的像的约束求解抛物摄像机内参数；(1)得到公共极点与极线空间中的球Q，在抛物摄像机的单位球模型下的投影分为两步；第一步，将球Q投影为以O为中心的单位视球上形成两个异面平行的小圆和其中n＝1,2,3，表示拍摄的三幅图像)，称为和一对对拓圆；这里假设以单位视球中心O为原点的坐标系为世界坐标系，第二步，两个平行的小圆和通过一个虚拟摄像机光心O_c投影到像平面上形成两条二次曲线称见到的二次曲线为球像，不见到的二次曲线为球像的对拓球像；这里假设以投影中心O_c为原点的坐标系为摄像机坐标系；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o的齐次坐标矩阵形式；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；这里用分别表示第n幅图像中的球像系数矩阵，分别表示第n幅图像中的对拓球像系数矩阵；本文为了简化表述，用相同字母表示曲线和它的系数矩阵；设单个球像与其对拓球像由于是分离的球像，则都有唯一的公共自极三角形，且极点是的一个特征向量，也为一个消失点；(2)得到圆环点的像获得的公共极点后，根据球像有两对共轭复点，根据圆环点的像与消失点共线的性质确定圆环点的像。