專利名稱：基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，尤其是涉及一種基于空間共線點(diǎn)的單光心 反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
許多計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用都希望有一個(gè)大視角的成像系統(tǒng)，如機(jī)器人導(dǎo)航、視覺監(jiān)控、 虛擬現(xiàn)實(shí)等。普通攝像機(jī)的視角非常有限。單光心反射折射攝像機(jī)由一個(gè)普通攝像機(jī)和一 個(gè)旋轉(zhuǎn)鏡面組成，空間景物先投影到旋轉(zhuǎn)鏡面上，然后經(jīng)過鏡面的反射投影到普通攝像機(jī) 進(jìn)行成像，因而單光心反射折射攝像機(jī)有非常大的視角。攝像機(jī)標(biāo)定就是要估計(jì)從三維景 物到二維圖像的物理成像參數(shù)，是許多視覺應(yīng)用的前提與基礎(chǔ)。焦距是最重要的成像參數(shù)， 其它成像參數(shù)可以比較容易地從系統(tǒng)配置或場(chǎng)景的先驗(yàn)信息中獲取，而焦距估計(jì)是攝像機(jī) 標(biāo)定中必不可少的內(nèi)容。單光心反射折射攝像機(jī)的標(biāo)定一般可以分為三類一類是利用標(biāo)定物進(jìn)行標(biāo)定， 如利用一維標(biāo)定桿、標(biāo)定球、三維標(biāo)定塊等，由于已知三維到二維的精確對(duì)應(yīng)，這類方法標(biāo) 定精度較高，但是需要制作精密的標(biāo)定物，因而靈活性較差，適用范圍較??；第二類是不需 要任何場(chǎng)景信息，利用多幅圖像中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)進(jìn)行自標(biāo)定，這類方法適用范圍廣，但是，由于 反射折射圖像有很大的畸變，尋找點(diǎn)對(duì)應(yīng)本身就是一個(gè)非常困難的任務(wù)，因而標(biāo)定精度較 差；第三類是基于直線的反射折射投影，直線是人造場(chǎng)景中普遍存在的幾何元素，一條空間 直線的單光心反射折射圖像是一個(gè)二次曲線段，這類方法一般都需要對(duì)直線的像進(jìn)行二次 曲線擬合，標(biāo)定的精度嚴(yán)重依賴于曲線擬合的精度。然而，由于鏡面遮擋，一條空間直線的 像僅僅占整個(gè)二次曲線的一小段，這使得曲線擬合的效果非常差，從而標(biāo)定精度較差。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010222347. 2的發(fā)明專利申請(qǐng)就公開了一種從圖像序列中計(jì)算攝 像機(jī)焦距的實(shí)時(shí)方法，包括以下步驟從圖像序列中選取相鄰兩張圖像；對(duì)所述的兩張圖 像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配以得到匹配點(diǎn)對(duì)；對(duì)所述匹配點(diǎn)對(duì)中任意七組匹配點(diǎn)對(duì)求解以得到焦距 的多個(gè)可能解；評(píng)估所述每個(gè)可能解的準(zhǔn)確性且把評(píng)估值作為所述每個(gè)可能解的權(quán)重；依 據(jù)所述權(quán)重對(duì)所述每個(gè)可能解計(jì)算加權(quán)求和以評(píng)估得到焦距的概率密度函數(shù)；在所述焦距 的概率密度函數(shù)曲面上多次采樣以得到多個(gè)采樣點(diǎn)；運(yùn)用高斯函數(shù)擬合所述采樣點(diǎn)，并以 所述函數(shù)峰值作為最終焦距值。具備上述步驟的從圖像序列中計(jì)算攝像機(jī)焦距的實(shí)時(shí)方 法，存在靈活性較差，適用范圍較小的嚴(yán)重缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種靈活性好、適用范圍廣、標(biāo)定 精度較高的基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法。為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距 標(biāo)定方法，包括以下步驟1)獲取圖像點(diǎn)集提取反射折射圖像的邊緣，從圖像的邊緣得到屬于一條空間直線的圖像點(diǎn)集；2)隨機(jī)采樣從步驟1)獲取的圖像點(diǎn)集中隨機(jī)采樣M組圖像點(diǎn)，每組圖像點(diǎn)由三 個(gè)不同的圖像點(diǎn)組成，其中M彡1 ；3)約束方程的建立與求解確定步驟2、中采樣的每組圖像點(diǎn)關(guān)于焦距的多項(xiàng)式 約束方程，并求解得到M個(gè)焦距估計(jì)值；4)焦距的確定對(duì)步驟幻中得到的M個(gè)焦距估計(jì)值進(jìn)行預(yù)處理，利用單位視球成 像模型中空間點(diǎn)的射影性質(zhì)，根據(jù)預(yù)處理后的每個(gè)焦距估計(jì)值，分別確定與步驟1獲取的 圖像點(diǎn)集對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)在單位視球上的投影點(diǎn)集，利用該投影點(diǎn)集，擬合一個(gè)通過單位視 球球心的平面，計(jì)算該投影點(diǎn)集到該平面的平均距離，對(duì)應(yīng)最小平均距離的焦距估計(jì)值即 為所確定的單光心反射折射攝像機(jī)的焦距。上述方法中，步驟1)中所述提取反射折射圖像的邊緣是通過基于Carmy算子的邊 緣提取方法。上述方法中，步驟1)中所述從圖像邊緣得到屬于一條空間直線的圖像點(diǎn)集是使 用聚類方法或手工方式。上述方法中，步驟2、中所述采樣M組圖像點(diǎn)是按照RANSAC方法中的準(zhǔn)則進(jìn)行確定。上述方法中，步驟幻中所述約束方程的建立包括如下分步驟
3. 1)預(yù)處理令m= (U ν 1)工表示任意一個(gè)圖像點(diǎn)，
權(quán)利要求
1.一種基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，其特征在于，包括以 下步驟1)獲取圖像點(diǎn)集提取反射折射圖像的邊緣，從圖像的邊緣得到屬于一條空間直線的 圖像點(diǎn)集；2)隨機(jī)采樣從步驟1)獲取的圖像點(diǎn)集中隨機(jī)采樣M組圖像點(diǎn)，每組圖像點(diǎn)由三個(gè)不 同的圖像點(diǎn)組成，其中M彡1 ；3)約束方程的建立與求解確定步驟2)中采樣的每組圖像點(diǎn)關(guān)于焦距的多項(xiàng)式約束 方程，并求解得到M個(gè)焦距估計(jì)值；4)焦距的確定對(duì)步驟幻中得到的M個(gè)焦距估計(jì)值進(jìn)行預(yù)處理，利用單位視球成像模 型中空間點(diǎn)的射影性質(zhì)，根據(jù)預(yù)處理后的每個(gè)焦距估計(jì)值，分別確定與步驟1獲取的圖像 點(diǎn)集對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)在單位視球上的投影點(diǎn)集，利用該投影點(diǎn)集，擬合一個(gè)通過單位視球球 心的平面，計(jì)算該投影點(diǎn)集到該平面的平均距離，對(duì)應(yīng)最小平均距離的焦距估計(jì)值即為所 確定的單光心反射折射攝像機(jī)的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，其 特征在于，步驟1)中所述提取反射折射圖像的邊緣是通過基于Carmy算子的邊緣提取方 法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，其 特征在于，步驟1)中所述從反射折射圖像的邊緣得到屬于一條空間直線的圖像點(diǎn)集是使 用聚類方法或手工方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，其 特征在于，步驟2)中所述采樣M組圖像點(diǎn)是按照RANSAC方法中的準(zhǔn)則進(jìn)行確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，其 特征在于，步驟3)中所述約束方程的建立包括如下分步驟
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，其 特征在于，步驟4)中所述對(duì)步驟幻中得到的M個(gè)焦距估計(jì)值進(jìn)行預(yù)處理是對(duì)步驟幻中得 到的M個(gè)焦距估計(jì)值進(jìn)行排序，丟棄前后各N個(gè)極端的焦距估計(jì)值，其中N < M/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，通過獲取圖像點(diǎn)集、隨機(jī)采樣、約束方程的建立與求解、焦距的確定等步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)單光心反射折射攝像機(jī)焦距的標(biāo)定。本發(fā)明基于空間共線點(diǎn)的單光心反射折射攝像機(jī)焦距標(biāo)定方法，利用空間任意三個(gè)共線點(diǎn)的反射折射投影給出了一個(gè)關(guān)于焦距的多項(xiàng)式約束方程，基于該約束方程來標(biāo)定焦距，無需對(duì)直線的像進(jìn)行二次曲線擬合，無需場(chǎng)景的任何信息，具有較大的靈活性，標(biāo)定精度較高，在3個(gè)像素的噪聲水平下，能達(dá)到99.6％的平均精度。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102136143SQ20111006447
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者周明全, 段福慶 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)