數字成像系統中標定板上圓形標志點成像偏差的補償方法
【專利摘要】一種數字成像系統中標定板上圓形標志點成像偏差的補償方法，解決克服現有偏差的補償方法中需要給出空間上標定板上的圓心與坐標原點相對高度使計算復雜的技術不足。該方法基于針孔成像模型和計算標定板模型根據設定的標定板平面與世界坐標的-Y[U1]?平面重合獲得的圓形標志點中心與圓形標志點在成像平面映射的橢圓中心點的偏差值進行補償，本發明的有益效果是，本發明具有效率高、可靠性好、易于實現等優勢。計算過程不需要依賴任何的相機參數或圖像拍攝位置信息，補償計算全部自動進行，無需人工干預或借助其他手段，使用方便靈活。
【專利說明】數字成像系統中標定板上圓形標志點成像偏差的補償方法所屬【技術領域】:
[0001]本發明屬于數字圖像處理【技術領域】，具體涉及數字成像系統中標定板上圓形標志點成像偏差的補償方法。
【背景技術】
[0002]圓形標志點具有特征明顯、制作容易、方便使用等特點，是數字成像中最普遍的一種圖形，廣泛應用于目標檢測、相機標定、三維測量等領域。
[0003]一般情況下，圓形特征標志點并不總是正對著成像平面，即拍攝位置處于非垂直狀態下，由于透視投影是一種非保形變換，圓形標志點按針孔成像模型成像的過程中被映射為標準橢圓形。顯然，其圓心與圖像中的橢圓中心并不是同一點，而是有一定的偏移，圓形特征點所在平面與成像平面夾角越大則偏移的值越大，如附圖所示。在誤差要求不高的場合下，我們可以使用橢圓的中心來近似圓心，但是要獲得較小的誤差，這種近似所帶來的偏差就必須予以補償。
[0004]Janne Heikkila推導了一種補償的方法，在該方法中，令世界坐標系與相機坐標系重合，利用坐標原點和半徑為r的圓的邊界線組成的斜圓錐方程在不同的Z坐標下，得到相應的圓的標準方程，利用針孔成像模型公式帶入得到成像平面上橢圓的方程，展開即可得到二次曲線的一般形式，利用二次曲線的中心公式得到相應橢圓的中心。令圓的半徑r=0,由附圖可知，此時圖像上對應圓心的 偏移量為0，兩次計算得到的差值就是成像所引起的偏差，通過在相應的橢圓中心上補償相應的偏差值即可。該方法的缺點是，需要給出空間上標定板上的圓心與坐標原點相對高度，這在相機沒有完成標定工作以前是無法完成的，因為標定板平面與相機的相對位置是任意的。
【發明內容】
[0005]本發明基于針孔成像模型和計算標定板模型根據設定的標定板平面與世界坐標的X-Y平面重合直接計算獲得的圓形標志點中心與圓形標志點在成像平面映射的橢圓中心點的偏差值進行補償，克服Janne Heikkila推導的補償方法需要給出空間上標定板上的圓心與坐標原點相對高度的技術不足。
[0006]本發明實現發明目的采用的技術方案是:數字成像系統中標定板上圓形標志點成像偏差的補償方法，該方法基于針孔成像模型和計算標定板模型根據設定的標定板平面與世界坐標的X-Y平面重合獲得的圓形標志點中心與圓形標志點在成像平面映射的橢圓中心點的偏差值進行補償，該方法由以下步驟實現的:
[0007]①、設定的標定板平面與世界坐標的X-Y平面重合的計算坐標系系統，坐標原點任意選取，建立標定板上圓形標志點的三維坐標，依據上述設定對所有圓形標志點的圓心坐標取Z=O ；
[0008]②、從不垂直世界坐標的X-Y平面的任意位置拍攝標志板圖像并計算所有圓形標志點在成像平面映射的所有橢圓的中心點坐標；[0009]③、根據張正友的攝像機成像模型，計算標定板模型與成像后的橢圓中心坐標之間包含誤差的結果的3X3單應性矩陣，映射關系如式(I)所示，
【權利要求】
1.數字成像系統中標定板上圓形標志點成像偏差的補償方法，該方法基于針孔成像模型和計算標定板模型根據設定的標定板平面與世界坐標的X-Y平面重合獲得的圓形標志點中心與圓形標志點在成像平面映射的橢圓中心點的偏差值進行補償，其特征在于:該方法由以下步驟實現的: ①、設定的標定板平面與世界坐標的X-Y平面重合的計算坐標系系統，坐標原點任意選取，建立標定板上圓形標志點的三維坐標，依據上述設定對所有圓形標志點的圓心坐標取 Z=O ； ②、從不垂直世界坐標的X-Y平面的任意位置拍攝標志板圖像并計算所有圓形標志點在成像平面映射的所有橢圓的中心點坐標； ③、根據張正友的攝像機成像模型，計算標定板模型與成像后的橢圓中心坐標之間包含誤差的結果的3X3單應性矩陣，映射關系如式(I)所示，
【文檔編號】G06T7/00GK103440663SQ201310399965
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】孟祥林, 趙燦, 何萬濤, 程俊廷, 車向前, 周波 申請人:黑龍江科技大學