專利名稱：基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法
技術領域：
本發明涉及一種攝像機焦距標定方法，尤其是涉及一種基于空間共線點的單光心 反射折射攝像機焦距標定方法。
背景技術：
許多計算機視覺應用都希望有一個大視角的成像系統，如機器人導航、視覺監控、 虛擬現實等。普通攝像機的視角非常有限。單光心反射折射攝像機由一個普通攝像機和一 個旋轉鏡面組成，空間景物先投影到旋轉鏡面上，然后經過鏡面的反射投影到普通攝像機 進行成像，因而單光心反射折射攝像機有非常大的視角。攝像機標定就是要估計從三維景 物到二維圖像的物理成像參數，是許多視覺應用的前提與基礎。焦距是最重要的成像參數， 其它成像參數可以比較容易地從系統配置或場景的先驗信息中獲取，而焦距估計是攝像機 標定中必不可少的內容。單光心反射折射攝像機的標定一般可以分為三類一類是利用標定物進行標定， 如利用一維標定桿、標定球、三維標定塊等，由于已知三維到二維的精確對應，這類方法標 定精度較高，但是需要制作精密的標定物，因而靈活性較差，適用范圍較小；第二類是不需 要任何場景信息，利用多幅圖像中的點對應進行自標定，這類方法適用范圍廣，但是，由于 反射折射圖像有很大的畸變，尋找點對應本身就是一個非常困難的任務，因而標定精度較 差；第三類是基于直線的反射折射投影，直線是人造場景中普遍存在的幾何元素，一條空間 直線的單光心反射折射圖像是一個二次曲線段，這類方法一般都需要對直線的像進行二次 曲線擬合，標定的精度嚴重依賴于曲線擬合的精度。然而，由于鏡面遮擋，一條空間直線的 像僅僅占整個二次曲線的一小段，這使得曲線擬合的效果非常差，從而標定精度較差。申請號為CN201010222347. 2的發明專利申請就公開了一種從圖像序列中計算攝 像機焦距的實時方法，包括以下步驟從圖像序列中選取相鄰兩張圖像；對所述的兩張圖 像進行特征點匹配以得到匹配點對；對所述匹配點對中任意七組匹配點對求解以得到焦距 的多個可能解；評估所述每個可能解的準確性且把評估值作為所述每個可能解的權重；依 據所述權重對所述每個可能解計算加權求和以評估得到焦距的概率密度函數；在所述焦距 的概率密度函數曲面上多次采樣以得到多個采樣點；運用高斯函數擬合所述采樣點，并以 所述函數峰值作為最終焦距值。具備上述步驟的從圖像序列中計算攝像機焦距的實時方 法，存在靈活性較差，適用范圍較小的嚴重缺陷。
發明內容
本發明的目的就是克服現有技術中的不足，提供一種靈活性好、適用范圍廣、標定 精度較高的基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法。為解決現有技術中的問題，本發明基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距 標定方法，包括以下步驟1)獲取圖像點集提取反射折射圖像的邊緣，從圖像的邊緣得到屬于一條空間直線的圖像點集；2)隨機采樣從步驟1)獲取的圖像點集中隨機采樣M組圖像點，每組圖像點由三 個不同的圖像點組成，其中M彡1 ；3)約束方程的建立與求解確定步驟2、中采樣的每組圖像點關于焦距的多項式 約束方程，并求解得到M個焦距估計值；4)焦距的確定對步驟幻中得到的M個焦距估計值進行預處理，利用單位視球成 像模型中空間點的射影性質，根據預處理后的每個焦距估計值，分別確定與步驟1獲取的 圖像點集對應的空間點在單位視球上的投影點集，利用該投影點集，擬合一個通過單位視 球球心的平面，計算該投影點集到該平面的平均距離，對應最小平均距離的焦距估計值即 為所確定的單光心反射折射攝像機的焦距。上述方法中，步驟1)中所述提取反射折射圖像的邊緣是通過基于Carmy算子的邊 緣提取方法。上述方法中，步驟1)中所述從圖像邊緣得到屬于一條空間直線的圖像點集是使 用聚類方法或手工方式。上述方法中，步驟2、中所述采樣M組圖像點是按照RANSAC方法中的準則進行確定。上述方法中，步驟幻中所述約束方程的建立包括如下分步驟
3. 1)預處理令m= (U ν 1)工表示任意一個圖像點，
權利要求
1.一種基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，其特征在于，包括以 下步驟1)獲取圖像點集提取反射折射圖像的邊緣，從圖像的邊緣得到屬于一條空間直線的 圖像點集；2)隨機采樣從步驟1)獲取的圖像點集中隨機采樣M組圖像點，每組圖像點由三個不 同的圖像點組成，其中M彡1 ；3)約束方程的建立與求解確定步驟2)中采樣的每組圖像點關于焦距的多項式約束 方程，并求解得到M個焦距估計值；4)焦距的確定對步驟幻中得到的M個焦距估計值進行預處理，利用單位視球成像模 型中空間點的射影性質，根據預處理后的每個焦距估計值，分別確定與步驟1獲取的圖像 點集對應的空間點在單位視球上的投影點集，利用該投影點集，擬合一個通過單位視球球 心的平面，計算該投影點集到該平面的平均距離，對應最小平均距離的焦距估計值即為所 確定的單光心反射折射攝像機的焦距。
2.根據權利要求1所述的基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，其 特征在于，步驟1)中所述提取反射折射圖像的邊緣是通過基于Carmy算子的邊緣提取方 法。
3.根據權利要求1所述的基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，其 特征在于，步驟1)中所述從反射折射圖像的邊緣得到屬于一條空間直線的圖像點集是使 用聚類方法或手工方式。
4.根據權利要求1所述的基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，其 特征在于，步驟2)中所述采樣M組圖像點是按照RANSAC方法中的準則進行確定。
5.根據權利要求1所述的基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，其 特征在于，步驟3)中所述約束方程的建立包括如下分步驟
6.根據權利要求1所述的基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，其 特征在于，步驟4)中所述對步驟幻中得到的M個焦距估計值進行預處理是對步驟幻中得 到的M個焦距估計值進行排序，丟棄前后各N個極端的焦距估計值，其中N < M/2。
全文摘要
本發明公開了一種基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，通過獲取圖像點集、隨機采樣、約束方程的建立與求解、焦距的確定等步驟，實現對單光心反射折射攝像機焦距的標定。本發明基于空間共線點的單光心反射折射攝像機焦距標定方法，利用空間任意三個共線點的反射折射投影給出了一個關于焦距的多項式約束方程，基于該約束方程來標定焦距，無需對直線的像進行二次曲線擬合，無需場景的任何信息，具有較大的靈活性，標定精度較高，在3個像素的噪聲水平下，能達到99.6％的平均精度。
文檔編號G06T7/00GK102136143SQ20111006447
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者周明全, 段福慶 申請人:北京師范大學