[发明专利]一种基于多中心投影模型的光场相机标定方法

摘要

本发明提供了一种基于多中心投影模型的光场相机标定方法，通过移动标定板或光场相机拍摄不同姿态下的标定板，获取光场数据，并确定多组标定板上角点与匹配的角点光线集，构建光场相机光场坐标系光线与三维空间点的线性约束，通过线性初始化计算光场相机内参数与相应姿态下的外参数，建立基于重投影误差的代价函数，迭代求得待标定光场相机内参数、外参数及径向畸变参数的最优解。光场相机本质上记录的是空间中的光线，由于采用了双平行平面绝对坐标参数化光线，克服了三维点重建不精确的问题，本发明达到了精确且鲁棒的标定光场相机内参数的目的。

主权项

1.一种基于多中心投影模型的光场相机标定方法，其特征在于包括以下步骤：S1、建立由平行的视点平面和图像平面构成的光场相机双平行平面相对坐标参数化，构建投影中心随视点变化的光场相机多投影中心模型；根据光场相机的相机坐标系上过空间点的光线r＝(s,t,x,y)^T与三维空间点(X,Y,Z)^T的可构建线性约束，根据上述线性约束构建光场相机的光场坐标系下的三维空间点(X_d,Y_d,Z_d)^T与光场相机的相机坐标系下的三维空间点(X,Y,Z)^T间的三维内参矩阵K，其中，λ是缩放因子，是光场相机的内参数，(k_i,k_j)是视点平面上s‑轴与t‑轴方向的缩放，(k_u,k_v)是图像平面上x‑轴y‑轴方向的缩放；(u₀/k_u,v₀/k_v)表征子孔径图像的主点偏移；三维空间点通过光场相机的旋转矩阵R和平移向量t把世界坐标系变换到世界坐标系，并在此基础上构建世界坐标系与光场相机的光场坐标系间的三维投影矩阵；S2、通过移动标定板或待标定光场相机得到若干不同姿态的标定板光场数据；根据角点提取算法从标定板光场数据中提取光场相机的光场坐标系下双平行平面光线的绝对坐标，建立世界坐标系下角点与待标定光场相机光场坐标系下光线的匹配关系；通过世界坐标系与光场坐标系间的三维投影矩阵构建世界坐标系下角点与待标定光场相机的光场坐标系下光线的线性约束，其中，r_i表示旋转矩阵R的第i列向量，是角点的世界坐标，l＝(i,j,u,v)^T是光场坐标系中光线的双平面参数化的坐标；根据线性约束求解世界坐标系与光场坐标系简化三维投影矩阵P_s，进而根据旋转矩阵R的正交性和一致性及Cholesky分解计算光场相机三维内参矩阵，由每个光场的简化三维投影矩阵P_s和三维内参矩阵线性求解待标定光场相机的各个姿态外参数(R,t)；S3、处理镜头的一阶和二阶径向畸变，其中，为图像平面的畸变相对于视点平面的偏移值，是畸变点，是非畸变点，畸变系数包含了k^d＝(k₁,k₂,x_c,y_c)；通过最小化各个姿态下光场各视点子孔径图像的重投影误差对光场相机内参数不同姿态下光场相机的外参数(R_p,t_p)及光场相机径向畸变参数k^d＝(k₁,k₂,x_c,y_c)进行非线性优化，构建代价函数其中，X_w,n为世界坐标系下第n个标定板角点的三维坐标，是X_w,n在第p个光场中第i个子孔径图像上的像点非畸变坐标；通过最小化所有像点非畸变坐标与其估计值的重投影误差，得到待标定光场相机内参数、外参数及径向畸变参数的最优解。