一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法，包括：魚眼成像投影到中心投影變換；圖像核線影像生成；圖像特征點提取及匹配；探測點坐標計算。采用本發(fā)明，使通過魚眼相機可實現(xiàn)行星車探測點的高精度定位。
【專利說明】一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機視覺和圖像匹配【技術領域】，是一種利用魚眼相機圖像進行行星車探測點的定位方法。
【背景技術】
[0002]目前，國外在行星探測中，可以通過行星車上安裝的雙目視覺測量系統(tǒng)實現(xiàn)對行星表面導航和探測目標定位。美國NASA在深空探測任務中的“好奇號”火星車通過機械臂收集樣本、鉆石鉆孔取樣，其中主要利用自帶的避障相機獲取立體圖像獲得探測點位置的三維坐標。國內(nèi)針對機械臂探測定位也開展了一系列研究，但主要集中在使用視場角較小的立體相機視覺系統(tǒng)進行探測點定位。魚眼相機的優(yōu)點是具有大視場角，一次可看到較大范圍內(nèi)的場景。但是，魚眼相機存在較大的畸變，如何進行高精度的定位是其需要解決的難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是，本發(fā)明提出了一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法，使通過魚眼相機可實現(xiàn)行星車探測點的高精度定位。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法包括以下步驟:
[0006]S1、將左、右魚眼相機原始圖像分別轉換為中心投影模式下的中心投影圖像；
[0007]S2、將中心投影圖像進行核線糾正處理，轉換為左、右核線圖像；
[0008]S3、從左核線圖像中提取特征點，在右核線圖像上根據(jù)所述特征點利用相關系數(shù)法從中搜索出相關系數(shù)最大的點作為匹配點，然后利用最小二乘法，將相關系數(shù)法提取的匹配點進行平差計算，使得左、右核線圖像的匹配精度達到子像素等級。
[0009]S4、根據(jù)最小二乘法平差得到的高精度匹配特征點，利用前方交會算法計算探測點坐標。
[0010]本發(fā)明采用透視投影變換，將魚眼圖像轉換為中心投影圖像，并生成核線圖像，將匹配縮小到核線方向上，降低了無匹配；采用先粗匹配后精確匹配的策略，先實現(xiàn)整像素級的匹配然后進行最小二乘匹配實現(xiàn)亞像素精度的精確匹配，保證了匹配的高精度，最終實現(xiàn)了探測點的精確定位。采用本發(fā)明的技術方案，使通過魚眼相機可實現(xiàn)行星車探測點的高精度定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是基于魚眼相機的行星車探測點定位方法流程圖；
[0012]圖2是魚眼成像投影到中心投影變換示意圖；
[0013]圖3是生成核線圖像示意圖?！揪唧w實施方式】
[0014]本發(fā)明提供一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法包括:
[0015]S1、魚眼成像投影到中心投影變換:將左、右魚眼相機原始圖像分別轉換為中心投影模式下的中心投影圖像。
[0016]將任一空間點P在魚眼相機成像的像坐標(X，y)轉換為中心投影模式下圖像坐標(X' , I');如圖2所示，O'為鏡頭中心，O' V V平面為魚眼鏡頭像平面，f為魚眼相機的焦距，O' Z為主光軸，以O'為坐標系原點建立像空間坐標系O' -V V Z，任一空間點P，在魚眼相機對應的像空間坐標系下坐標為(X'，1，，z)。O' P連線與投影球面相交于一點P，把P點正投影到O' V V像平面上，得到像點P'，坐標為(x，y)，(X，y)即為點P在魚眼相機對應的像空間坐標系下坐標U丨，ι'，z)的球面投影，球面方程為X 2+y 2+z2 = f2。假設在z = f的平面處有一虛擬的像平面0ΧΥ，對應的坐標軸方向與像平面O' V V中坐標軸平行，O' P連線與其交點為P"。顯然P"為點P的虛擬的中心投影像點，則該P"點的中心投影下的像坐標表示為U丨，y, )。P、p"和O'三點遵循中心投影的共線方程，各坐標間有如下關系，見式(2):
【權利要求】
1.一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、將左、右魚眼相機原始圖像分別轉換為中心投影模式下的中心投影圖像； 52、將中心投影圖像進行核線糾正處理，轉換為左、右核線圖像； 53、從左核線圖像中提取特征點，在右核線圖像上根據(jù)所述特征點利用相關系數(shù)法從中搜索出相關系數(shù)最大的點作為匹配點，然后利用最小二乘法，將相關系數(shù)法提取的匹配點進行平差計算，使得左、右核線圖像的匹配精度達到子像素等級。 54、根據(jù)最小二乘法平差得到的高精度匹配特征點，利用前方交會算法計算探測點位置。
2.如權利要求1所述的一 種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法，其特征在于， SI具體為:將任一空間點P在魚眼相機成像的像坐標(x，y)轉換為中心投影模式下圖像坐標(X'，1’ );設O'為鏡頭中心，O' V V平面為魚眼鏡頭像平面，f為魚眼相機的焦距，O' Z為主光軸，以(V為坐標系原點建立像空間坐標系(V -V V Z，任一空間點P，在魚眼相機對應的像空間坐標系下坐標為(X'，1，，z) ;0' P連線與投影球面相交于一點P，把P點正投影到O' V V像平面上，得到像點P'，坐標為(x，y)，(x，y)即為點P在魚眼相機對應的像空間坐標系下坐標(X' ,1'，z)的球面投影，球面方程為X 2+y 2+z2 =f2;假設在Z = f的平面處有一虛擬的像平面OXY，對應的坐標軸方向與像平面O' V V中坐標軸平行，O' P連線與其交點為P"，p"為點P的虛擬的中心投影像點，則該P"點的中心投影下的像坐標表示為(X' ,1' );P、p"和O'三點遵循中心投影的共線方程，各坐標間有如下關系:f-x < 」f-x2-y2(I) 盧,f-y 、f1 _ χ2 _ y2 令原始魚眼相機左圖像的像點坐標為(Xli, yj，原始魚眼相機右圖像的像點坐標為(xE, yK)，根據(jù)公式(I)，則有它們對應在中心投影圖像上的像點坐標分別為U丨L, 1’ L)>(χ, R，y' r) ? BP, L ^f2-xl-yl 、 V/ ~xL-yL 'v _ f'XR y - __
3.如權利要求1或2所述的一種基于魚眼相機的行星車探測點定位方法，其特征在于，S2具體為:設像點在左、右核線圖像上的像點坐標分別為(X" L,y" J、(x" K，y" κ)，則它們與中心投影圖像上的像點坐標(X' L,i' J、(x' K，y' κ)的轉換關系為:
【文檔編號】G01C21/20GK103925919SQ201410015845
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權日:2014年1月10日
【發(fā)明者】王鎵, 王保豐, 劉傳凱, 周建亮, 唐歌實, 周立, 張強, 袁建平, 卜彥龍, 苗萍, 劉飛, 高薇, 李弈霏 申請人:北京航天飛行控制中心