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《基于圓形特征點(diǎn)的非線性相機(jī)標(biāo)定方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第22卷第4期青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.22No.42009年12月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)Dec.2009文章編號(hào):100621037(2009)0420067205doi:10.3969/j.issn.100621037.2009.04.017基于圓形特征點(diǎn)的非線性相機(jī)標(biāo)定方法3油世明,張維忠,王靜(青島大學(xué)信息工程學(xué)院,山東青島266071)摘要:針對(duì)高精度標(biāo)定板制作困難費(fèi)用高的問(wèn)題,提出了一種快速簡(jiǎn)易的相機(jī)標(biāo)定方法。用數(shù)碼相機(jī)對(duì)一張具有不
2、同大小圓形特征點(diǎn)的標(biāo)定表繞著光軸旋轉(zhuǎn)拍攝幾幅圖像,利用亞像素邊緣輪廓檢測(cè)算法檢測(cè)圖像中的輪廓;采用最小二乘橢圓擬合方法得到亞像素橢圓中心坐標(biāo),用穩(wěn)定的圖像點(diǎn)與空間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)算法確定圖像點(diǎn)與空間點(diǎn)的對(duì)應(yīng),計(jì)算過(guò)程中對(duì)所求參數(shù)進(jìn)行了非線性?xún)?yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明,重投影平均誤差在0.2個(gè)像素以下,證明了該方法的可行性和較高的標(biāo)定精度。關(guān)鍵詞:相機(jī)標(biāo)定;圓形特征點(diǎn);三維重建;非線性?xún)?yōu)化;標(biāo)定表中圖分類(lèi)號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A三維重建指從相機(jī)獲取的二維圖像信息出發(fā),計(jì)算物體的三維位置、形狀等幾何信息,并由此重建和識(shí)別場(chǎng)景中的物體。相機(jī)標(biāo)定是三
3、維重建的關(guān)鍵步驟,標(biāo)定結(jié)果的好壞直接決定著三維重建結(jié)果以及其它計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用效果的好壞,所以研究相機(jī)標(biāo)定具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。[1,2]目前,在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域已經(jīng)提出了多種攝像機(jī)標(biāo)定方法,并得到了廣泛應(yīng)用。這些方法主要有傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法、自標(biāo)定方法和基于主動(dòng)視覺(jué)的相機(jī)標(biāo)定方法。其中的自標(biāo)定方法僅需要建立圖像之[3]間的對(duì)應(yīng)即可進(jìn)行標(biāo)定,非常靈活。但它的魯棒性不高,并且不宜用于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。而基于主[4]動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定方法通常可以線性求解,魯棒性比較高,但不能使用于攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)未知和無(wú)法控制的場(chǎng)合。傳統(tǒng)的
4、攝像機(jī)標(biāo)定方法需要特定的標(biāo)定物,該類(lèi)標(biāo)定方法可以使用于任意的攝像機(jī)模型,具有較高的標(biāo)[5]定精度,但標(biāo)定過(guò)程復(fù)雜,需要高精度的已知結(jié)構(gòu)信息。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法中,Tsai“兩步法”是應(yīng)用較多,精[6,7]度較高的標(biāo)定方法。但是僅考慮了徑向畸變,對(duì)于切向畸變較大的場(chǎng)合不適用;張正友提出的基于平面格網(wǎng)的標(biāo)定方法只需利用對(duì)平面棋盤(pán)格模板在不同角度拍攝的一組圖像即可進(jìn)行標(biāo)定,具有較高的標(biāo)定精度。但需要制作高平面度的標(biāo)定模板。本文在文獻(xiàn)[6,7]標(biāo)定方法的基礎(chǔ)上,利用圓點(diǎn)易于檢測(cè)、中心定位精度高的優(yōu)點(diǎn),打印一張具有不同大小圓形特征點(diǎn)的標(biāo)定表
5、,其中的不對(duì)稱(chēng)分布的五個(gè)大圓點(diǎn)用于坐標(biāo)軸確定和其它各圓的識(shí)別;對(duì)打印的標(biāo)定表旋轉(zhuǎn)拍攝幾副圖像,在圖像點(diǎn)與相應(yīng)空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上方便、快速、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了相機(jī)標(biāo)定。1相機(jī)模型二維圖像上每一點(diǎn)的亮度與位置都與空間中物體表面相應(yīng)點(diǎn)的幾何位置有關(guān),這種幾何關(guān)系由光學(xué)成像幾何關(guān)系所決定。任意三維空間點(diǎn)X在相機(jī)成像平面上的投影通常用理想針孔模型來(lái)描述,在齊次坐標(biāo)系下可表示為:3收稿日期:2009208225基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(50475041);山東省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(J07YJ1922),青島市科技發(fā)展計(jì)劃(082123252j
6、ch)作者簡(jiǎn)介:油世明,(19832),男,碩士研究生,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺(jué)。?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net68青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第22卷xwuαxsu0ywZcv=K[R
7、t],K=0αyv0(1)zw10011TT其中:Zc為一個(gè)比例系數(shù);[xwywzw]為點(diǎn)X在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo);[uv]為點(diǎn)X在圖像平面上的像點(diǎn)在以像素為單位的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo);R和t分別為
8、從世界坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量;K為攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣,其中(u0v0)為圖像平面的主點(diǎn)坐標(biāo),ax,ay是以像素寬度與長(zhǎng)度表示的等效焦距,s稱(chēng)為扭曲參數(shù)。由于實(shí)際的成像過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的光學(xué)過(guò)程,實(shí)際的鏡頭并不是理想的,帶有不同程度的畸變,所以理想針孔模型不能準(zhǔn)確地描述成像幾何關(guān)系。為了使模型更客觀地反映相機(jī)的成像過(guò)程,引入了反映畸變影[2]響的修正系數(shù)。描述非線性畸變可用如下公式:^x=x+δx(x,y)(2)^y=y+δy(x,y)其中,(^x,^y)為由小孔線性模型計(jì)算出來(lái)的圖像點(diǎn)坐標(biāo)的理想值;(x,y)是實(shí)
9、際的圖像點(diǎn)坐標(biāo),δx與δy是非線性畸變值,它與圖像點(diǎn)在圖像中的位置有關(guān)。非線性畸變主要包括徑向畸變、離心畸變和薄棱鏡畸變。一般情況下,徑向畸變已能足夠描述非線性畸變,而在考慮非線性畸變時(shí)對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定需要使用非線性[5]優(yōu)化算法,引入過(guò)多的非線性參數(shù)往往不僅不能提高精度,反而引
