機器視覺中針孔模型攝像機的自標(biāo)定方法

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1、第19卷第1期機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新Vol.19,No.1·產(chǎn)20品06與年市1場月·Development&Innovationofmachinery&electricalproductsJan.,2006機器視覺中針孔模型攝像機的自標(biāo)定方法1212藍慕云,劉建瓴,吳庭萬,劉桂雄(1.華南理工大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣東廣州510640;2.華南理工大學(xué)機械工程學(xué)院,廣東廣州510640)摘要:強調(diào)了攝像機自標(biāo)定在機器視覺中的作用,介紹了目前幾種主要的攝像機自標(biāo)定方法,指出了這幾種方法的主要特點及應(yīng)用領(lǐng)域,論述了攝像機自標(biāo)定方法的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:攝像機自標(biāo)定;針孔模型;絕對二次曲線中圖分類號:

2、TP391文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1002-6673(2006)01-042-03難,人們又提出了分層逐步標(biāo)定的思想,即首先對圖像0引言序列做射影重建,在此基礎(chǔ)上再仿射標(biāo)定和歐氏標(biāo)定。因為上述方法標(biāo)定的復(fù)雜性,張正友[6]提出基于平面從二維圖像恢復(fù)三維物體可見表面的幾何結(jié)構(gòu)(稱為三維重建)是人類視覺的主要目的之一。在計算機視標(biāo)定模板的標(biāo)定,根據(jù)圖像點間的匹配求解單應(yīng)性矩陣覺領(lǐng)域,三維重建主要由三個步驟構(gòu)成:①圖像對應(yīng)點進行標(biāo)定。從本質(zhì)上說,所有自標(biāo)定方法都只是利用了的匹配,即從不同圖像中找出同一空間點在這些圖像上攝像機內(nèi)參數(shù)自身存在的約束,這些約束與場景和攝像投影點的過程;②對攝像機進行標(biāo)定,

3、即確定攝像機固機的運動無關(guān),這也是自標(biāo)定方法較前兩種標(biāo)定方法更有的與光、電特征及幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)參數(shù);③進一步靈活的原因。本文就幾種主要的自標(biāo)定方法的特點進行確定不同圖像間攝像機的運動參數(shù),即求解外參數(shù)?？杀容^。以看出,攝像機標(biāo)定結(jié)果的好壞直接決定著三維重建結(jié)1.1直接求解Kruppas方程的自標(biāo)定方法果的好壞,研究攝像機的標(biāo)定方法具有重要的理論研究Faugeras,Luong和Maybank等提出的自標(biāo)定方法是意義和實際應(yīng)用價值。直接基于求解Kruppa方程的一種方法,該方法利用絕對二次曲線像和極線變換的概念推導(dǎo)出了Kruppa方程。1幾種主要的攝像機自標(biāo)定方法π00廣義上攝像機標(biāo)定可分為三

4、種:傳統(tǒng)標(biāo)定方法、基Ω于主動視覺的標(biāo)定方法和自標(biāo)定方法。l1[1,2]ω傳統(tǒng)標(biāo)定方法需要使用經(jīng)過精密加工的標(biāo)定塊;l'1基于主動視覺的標(biāo)定方法需要控制攝像機做某些特殊運Cl2'ω'ee'l2動,如繞光心旋轉(zhuǎn)[3]或純平移[4,5]等計算出內(nèi)參數(shù)。以C上兩種標(biāo)定方法均利用到場景或攝像機運動的信息,對于圖1絕對二次曲線滿足的對極約束圖場景任意、攝像機運動未知的最一般的情形則無法求出。Fig.1Imageoftheabsoluteconicsatisfiestheepipolarconstraint20世紀(jì)90年代初,Faugeras,Luong,Maybank等在光心對應(yīng)的圖像平面1上,存在著兩極

5、線l1,l2首先提出了自標(biāo)定的概念,使得在場景未知和攝像機任與ω相切見圖1,在光心C′對應(yīng)的圖像平面2上也存在意運動的一般情形下標(biāo)定成為可能。Faugeras等從射影著兩極線l'1,l'2與ω'相切(分別是絕對二次曲線在圖幾何的角度出發(fā)證明了每兩幅圖像間存在著兩個形如像平面1、2上的影像)。根據(jù)射影幾何[7]的原理,l與1Kruppa方程的二次非線性約束,通過直接求Kruppa方l'1,l2與l'2分別對應(yīng)著無窮遠平面π∞上兩條與絕對二程組可以解出內(nèi)參數(shù)。鑒于直接求解Kruppa方程的困次曲線相切的直線,這種對應(yīng)被稱為極線變換[8]。如果收稿日期:2005-11-02將極線l1表示成e×m,其

6、切點m在圖像平面2上形成的作者簡介:藍慕云(1978-),女,江西南康人,碩士研究生。極線即為l'1,而l'1的方程可用基礎(chǔ)矩陣表示為Fm,則主要研究方向為現(xiàn)代檢測及自動化。根據(jù)極線變換得:即(e×m)TT(e×m)=mTTT)TT(F)=KK[e]xKK[e]xm!(FmKKm42·產(chǎn)品與市場·TTT算?mFKKFm,!m,即:Ω的,從而保證了無窮遠平面對所有圖像的一致性。TTTT與此相比,基于[e]xKK[e]x"FKKF(1)Kruppa方程的方法是在兩兩圖像之間建其中:[e]x—矢量的反對稱矩陣;Fm—l'I的方程;立方程,在列方程過程中已將支持絕對二次曲線的無窮K—攝像機內(nèi)參數(shù)矩陣。

7、式(1)稱為Kruppa方程。遠平面參數(shù)消去,所以當(dāng)輸入更多的圖像對時,不能?；贙ruppa方程的自標(biāo)定方法不需要對圖像序列證該無窮遠平面的一致性。做射影重建,而是對兩兩圖像之間建立方程,在某些很1.4張氏標(biāo)定方法難將所有圖像統(tǒng)一到一致的射影框架的場合,該方法會張正友在1999年的ICCV上提出一種新的、更靈活比下面將介紹的分層逐步標(biāo)定法更具有優(yōu)勢,但獲得這的方法—張氏平面標(biāo)定方法。它既避免了傳