專利名稱：魚眼標(biāo)定方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種魚眼標(biāo)定技術(shù)，尤其涉及一種基于多項(xiàng)式擬合的魚眼標(biāo)定方法和裝置。
背景技術(shù)：
魚眼鏡頭可以獲得很大的視角，它在視覺(jué)監(jiān)控、三維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)和機(jī)器人導(dǎo)航 等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。與我們常見(jiàn)的普通透視圖像不同，魚眼圖像有很大的畸變。在三 維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)和機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域，要想使用魚眼鏡頭首先必須對(duì)魚眼鏡頭進(jìn)行精確 校正，這個(gè)校正的過(guò)程在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中稱為標(biāo)定(calibration)。目前，針對(duì)魚眼鏡頭的標(biāo) 定算法大體有如下幾類基于特殊運(yùn)動(dòng)的方法純旋轉(zhuǎn)“Panoramic mosaicing with a 180 field of view lens，，或者純平面運(yùn)動(dòng)"Ego-motion and omnidirectional cameras，，。這類方法能夠標(biāo)定 魚眼鏡頭內(nèi)參，但要對(duì)相機(jī)運(yùn)動(dòng)做出限制并需要昂貴的設(shè)備來(lái)支撐。自標(biāo)定的方法基于點(diǎn)對(duì)應(yīng)估計(jì)極線約束“htimation ofomnidirectional camera model from epipolar geometry”。這類方法能自動(dòng)標(biāo)定魚眼鏡頭，但標(biāo)定精度不高?；谇虻姆椒?Catadioptric camera calibration using geometric invariants這種方法能夠以較高精度標(biāo)定魚眼鏡頭，但需要精確的標(biāo)定球并且只適用于 魚眼鏡頭?；谥本€的方法“Mraight lines have to be straight”。這類方法對(duì)標(biāo)定場(chǎng) 景有要求，并且標(biāo)定精度不高?；跇?biāo)定板的方法:"A flexible technique for accurate omnidirectional camera calibration and structure from motion，，。這類方法能夠精確標(biāo)定魚目艮鏡頭，但 現(xiàn)有的方法需要手動(dòng)選取標(biāo)定板上的大量特征點(diǎn)，操作效率非常低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供了 一種魚眼標(biāo)定方法，能標(biāo)定絕大多數(shù)鏡 頭，標(biāo)定結(jié)果精確、操作簡(jiǎn)單、效率高。本發(fā)明的另一目的在于提供了一種魚眼標(biāo)定裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明揭示了一種魚眼標(biāo)定方法，包括以下的步驟步驟一建立半單位球面模型，并在單位球面模型上建立魚眼成像關(guān)系；步驟二 初始化內(nèi)參，其中內(nèi)參是魚眼相機(jī)自身的參數(shù)，與外部環(huán)境無(wú)關(guān)；步驟三計(jì)算單應(yīng)矩陣；步驟四初始化外參，其中外參是魚眼相機(jī)與外部環(huán)境之間的參數(shù)；步驟五LM迭代最小化重投影誤差，得到優(yōu)化后的內(nèi)參與外參。根據(jù)本發(fā)明的魚眼標(biāo)定方法的一實(shí)施例，步驟一包括
記空間中某一點(diǎn)χ在魚眼圖像上的成像點(diǎn)為(u，ν)，空間點(diǎn)χ指向單位球球心的入 射角度為…#)，其中θ是入射光線與單位球Z軸正方向的夾角，P是入射光線在單位球XY 平面上的投影與單位球X軸正方向的夾角，則由入射光線的入射角度…到魚眼圖像上的 成像點(diǎn)(U，ν)的魚眼成像模型由以下方程描述
權(quán)利要求
1.一種魚眼標(biāo)定方法，包括以下的步驟步驟一建立半單位球面模型，并在單位球面模型上建立魚眼成像關(guān)系； 步驟二 初始化內(nèi)參，其中內(nèi)參是魚眼相機(jī)自身的參數(shù)，與外部環(huán)境無(wú)關(guān)； 步驟三計(jì)算單應(yīng)矩陣；步驟四初始化外參，其中外參是魚眼相機(jī)與外部環(huán)境之間的參數(shù)； 步驟五LM迭代最小化重投影誤差，得到優(yōu)化后的內(nèi)參與外參。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟一包括記空間中某一點(diǎn)χ在魚眼圖像上的成像點(diǎn)為(u，ν)，空間點(diǎn)χ指向單位球球心的入射 角度為…#)，其中θ是入射光線與單位球Z軸正方向的夾角，ρ是入射光線在單位球XY平 面上的投影與單位球X軸正方向的夾角，則由入射光線的入射角度…到魚眼圖像上的成 像點(diǎn)(u，ν)的魚眼成像模型由以下方程描述
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的魚眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟二包括讀取鏡頭參數(shù)，鏡 頭參數(shù)包括焦距f和最大視角θ max ；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的魚眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟三包括 步驟3. 1 讀取標(biāo)定板上的棋盤格圖像；步驟3. 2 在每張棋盤格圖像上依次選取棋盤格頂點(diǎn)處的4個(gè)交叉點(diǎn)； 步驟3. 3 利用初始化內(nèi)參，將交叉點(diǎn)( .)反投影到單位球上得到單位向量(《,《), 其中j為第j幅圖像，i為第i個(gè)棋盤格交叉點(diǎn)；步驟3.4:估計(jì)單應(yīng)矩陣Hj,將單位向量(《<)表示為
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的魚眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟三包括 步驟3. 1 讀取標(biāo)定板上的棋盤格圖像；步驟3. 2 在每張棋盤格圖像上依次選取所有的棋盤格交叉點(diǎn)； 步驟3· 3 利用初始化內(nèi)參，將交叉點(diǎn)( .)反投影到單位球上得到單位向量(《,《)， 其中j為第j幅圖像，i為第i個(gè)棋盤格交叉點(diǎn)；步驟3.4:估計(jì)單應(yīng)矩陣Hj,將單位向量(K、表示為
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的魚眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟四包括外參
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的魚眼標(biāo)定方法，其特征在于，步驟五包括 LM迭代最小化重投影誤差
8.一種魚眼標(biāo)定裝置，包括魚眼成像關(guān)系建立模塊，建立半單位球面模型，并在單位球面模型上建立魚眼成像關(guān)系；初始化內(nèi)參模塊，耦接魚眼成像關(guān)系建立模塊，初始化內(nèi)參，其中內(nèi)參是魚眼相機(jī)自身 的參數(shù)，與外部環(huán)境無(wú)關(guān)；單應(yīng)矩陣計(jì)算模塊，耦接初始化內(nèi)參模塊，計(jì)算單應(yīng)矩陣；初始化外參模塊，耦接單應(yīng)矩陣計(jì)算模塊，初始化外參，其中外參是魚眼相機(jī)與外部環(huán) 境之間的參數(shù)；迭代優(yōu)化模塊，耦接初始化外參模塊，LM迭代最小化重投影誤差，得到優(yōu)化后的內(nèi)參與外參。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的魚眼標(biāo)定裝置，其特征在于，魚眼成像關(guān)系建立模塊的處理 如下記空間中某一點(diǎn)X在魚眼圖像上的成像點(diǎn)為(U，V)，空間點(diǎn)X指向單位球球心的入射 角度為…#)，其中θ是入射光線與單位球Z軸正方向的夾角，P是入射光線在單位球XY平 面上的投影與單位球X軸正方向的夾角，則由入射光線的入射角度…到魚眼圖像上的成 像點(diǎn)(u，ν)的魚眼成像模型由以下方程描述
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的魚眼標(biāo)定裝置，其特征在于，初始化內(nèi)參模塊的處理如下 讀取鏡頭參數(shù)，鏡頭參數(shù)包括焦距f和最大視角θ_ ；令
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的魚眼標(biāo)定裝置，其特征在于，單應(yīng)矩陣計(jì)算模塊包括 棋盤格圖像讀取單元，讀取標(biāo)定板上的棋盤格圖像；交叉點(diǎn)選取單元，耦接棋盤格圖像讀取單元，在每張棋盤格圖像上依次選取棋盤格頂 點(diǎn)處的4個(gè)交叉點(diǎn)；反投影單元，耦接交叉點(diǎn)選取單元，利用初始化內(nèi)參，將交叉點(diǎn)(<，<)反投影到單位球 上得到單位向量(《,<)，其中j為第j幅圖像，i為第i個(gè)棋盤格交叉點(diǎn)；單應(yīng)矩陣估計(jì)單元，耦接反投影單元，估計(jì)單應(yīng)矩陣知將單位向量(《,<)表示為 g.=(Sm<Sm巧,cosgsm巧,cos巧)，單位向量與標(biāo)定板上的空間點(diǎn)？之間存在單應(yīng)變換 Hj,通過(guò)線性算法估計(jì)單應(yīng)變換Hp得到標(biāo)定板上的空間點(diǎn)Xi在單應(yīng)變換％下的對(duì)應(yīng)點(diǎn) K=κ /IhXI ,其中‘是第j幅棋盤格圖像上第i個(gè)交叉點(diǎn)的空間坐標(biāo)；單應(yīng)矩陣優(yōu)化單元，耦接單應(yīng)矩陣估計(jì)單元，通過(guò)LM迭代最小化誤差函數(shù)Σ^η2 <以 優(yōu)化單應(yīng)矩陣&，其中<是向量g和g之間的夾角；交叉點(diǎn)映射單元，耦接單應(yīng)矩陣優(yōu)化單元，將標(biāo)定板上的所有交叉點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化后的單 應(yīng)矩陣化映射到單位球上得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)二?。〗颺??！斤；^;交叉點(diǎn)圖像坐標(biāo)獲取單元，耦接交叉點(diǎn)映射單元，將單位向量變換到圖像上 在投影點(diǎn)ρ, ,、的鄰域?qū)ふ医徊纥c(diǎn)的圖像坐標(biāo),，，、
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的魚眼標(biāo)定裝置，其特征在于，單應(yīng)矩陣計(jì)算模塊包括棋盤格圖像讀取單元，讀取標(biāo)定板上的棋盤格圖像；交叉點(diǎn)選取單元，耦接棋盤格圖像讀取單元，在每張棋盤格圖像上依次選取所有的棋 盤格交叉點(diǎn)；反投影單元，耦接交叉點(diǎn)選取單元，利用初始化內(nèi)參，將交叉點(diǎn)(<，<)反投影到單位球 上得到單位向量(《,<)，其中j為第j幅圖像，i為第i個(gè)棋盤格交叉點(diǎn)；單應(yīng)矩陣估計(jì)單元，耦接反投影單元，估計(jì)單應(yīng)矩陣知將單位向量表示為 g.=(Sm<Sm巧,cosgsm巧,cos巧)，單位向量與標(biāo)定板上的空間點(diǎn)？之間存在單應(yīng)變換 Hj,通過(guò)線性算法估計(jì)單應(yīng)變換Hp得到標(biāo)定板上的空間點(diǎn)Xi在單應(yīng)變換％下的對(duì)應(yīng)點(diǎn) K. = Κ /||ηλ||，其中χ/是第j幅棋盤格圖像上第i個(gè)交叉點(diǎn)的空間坐標(biāo)；單應(yīng)矩陣優(yōu)化單元，耦接單應(yīng)矩陣估計(jì)單元，通過(guò)LM迭代最小化誤差函數(shù)Σ^η2 <以 優(yōu)化單應(yīng)矩陣&，其中<是向量力和<之間的夾角。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的魚眼標(biāo)定裝置，其特征在于，初始化外參模塊的處理 如下外參
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的魚眼標(biāo)定裝置，其特征在于，迭代優(yōu)化模塊的處理如下LM迭代最小化重投影誤差
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了魚眼標(biāo)定方法和裝置，能標(biāo)定絕大多數(shù)鏡頭，標(biāo)定結(jié)果精確、操作簡(jiǎn)單、效率高。其技術(shù)方案為方法包括以下的步驟建立半單位球面模型，并在單位球面模型上建立魚眼成像關(guān)系；初始化內(nèi)參，其中內(nèi)參是魚眼相機(jī)自身的參數(shù)，與外部環(huán)境無(wú)關(guān)；計(jì)算單應(yīng)矩陣；初始化外參，其中外參是魚眼相機(jī)與外部環(huán)境之間的參數(shù)；LM迭代最小化重投影誤差，得到優(yōu)化后的內(nèi)參與外參。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102096923SQ20111002251
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者劉玉亭, 張海威 申請(qǐng)人:上海杰圖軟件技術(shù)有限公司