本發(fā)明在于提供一魚眼相機的參數(shù)的測試方法，尤其涉及采用立體圓柱形標(biāo)定筒作為標(biāo)板并且基于魚眼相機投影原理建立的數(shù)學(xué)模型對魚眼相機進行標(biāo)定的方法及其標(biāo)定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

相機的成像模型表達了像素與外部空間的對應(yīng)關(guān)系，是圖像處理、機器視覺的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，針對魚眼相機的數(shù)學(xué)模型主要有兩大類。一是基于魚眼相機的投影原理而建立的解析式模型。這種模型往往包含一些物理意義明確的參數(shù)，如焦距、光軸中心坐標(biāo)等。但是這種模型往往過于復(fù)雜，包含了許多外參，使得內(nèi)參難以獲得。二是多項式模型。這種模型通用性好，但是模型的階數(shù)不確定，完全放棄了鏡頭本身的投射原理，難以驗證結(jié)果的有效性。

無論采用哪一種模型，都需要確定模型的參數(shù)。確定參數(shù)的方法也分為兩大類。一種是借助精密的機械臺，依次求得每一個參數(shù)。在求某一參數(shù)時，旋轉(zhuǎn)、平移相機或參照物并抵消其他參數(shù)的作用，從而求得目標(biāo)參數(shù)。這種方法的成本高，效率低，只適合對精度要求極高的場合。另一種是用相機對參照物成像，通過優(yōu)化算法，一次性得到全部參數(shù)。參照物又叫標(biāo)板，其上繪有一系列的特征點，相機對標(biāo)板成像后檢測出特征點的實際像點。另一方面，通過數(shù)學(xué)模型可以算出特征點的模型像點。通過調(diào)整數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，使得兩組像點的誤差最小，即可獲得數(shù)學(xué)模型。

一種常見的標(biāo)板圖案是黑白棋盤格。特征點分布于黑白交變處的角點。這種方法理論上精確地定位了特征點，然而實踐中由于噪聲、畸變和算法的問題，所提取的特征點的誤差是比較大的。這種定位方式雖然在理論上只需2、3次試驗，但實際操作中往往需要20次以上，這足以說明該方法的不確定性。另一種常見的標(biāo)板圖案是黑白斑點序列。特征點分布于斑點的中心。該方法簡單方便、抗噪性好，但當(dāng)存在非線性畸變時，圓斑的中心會發(fā)生偏移。

另外，目前標(biāo)板都是平面的，而魚眼相機的廣角范圍大，進而無法有效覆蓋魚眼的大視角，會造成定位的偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其中所述方法基于魚眼相機投影原理建立數(shù)學(xué)模型，并且只需要對所述標(biāo)板成像較少的次數(shù)如可以少至一次，即可計算得到所述魚眼相機的內(nèi)參數(shù)如焦距或光軸中心，從而用于校正魚眼相機的畸變。

本發(fā)明的另一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其中所述標(biāo)版為圓柱形結(jié)構(gòu)，以減少尺寸的限制，能夠有效覆蓋所述魚眼相機的大視角，同時圓柱面得以無損平面展開，便于打印。

本發(fā)明的另一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其中所述標(biāo)版的制作簡單，可以在標(biāo)版直接粘貼平面圖案，從而形成立體測試圖案。

本發(fā)明的另一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其通過斑點投影來產(chǎn)生特征紋理圖案，幾何形狀的斑點以同心圓并呈同一徑向的360度射狀排列，將投影前圖案投影到圓柱面，即可得到標(biāo)板所需的圖案。

本發(fā)明的另一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其中所述方法適合于對等距魚眼相機的標(biāo)定。

本發(fā)明的另一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其中所采用的非線性畸變的估計方法使得所設(shè)計的標(biāo)定方法避開了斑點中心的偏移問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板，其中通過成像后特征點的中心坐標(biāo)的不重合程度，估計圓柱形標(biāo)版與光軸的不重合程度，從而基于軟件算法校正所述魚眼相機與圓柱形標(biāo)板的相對位置，避免對精密機械臺的依賴。

為達到以上目的，本發(fā)明提供一魚眼相機的標(biāo)定方法，其包括如下步驟：

(A)魚眼相機拍攝柱形立體標(biāo)板的特征圖案；

(B)連接至所述魚眼相機的標(biāo)定主機采集所述特征圖案的圖像并提取特征點；以及

(C)調(diào)用非線性優(yōu)化算法，輸入所述特征點坐標(biāo)，并基于標(biāo)定用數(shù)學(xué)模型得到所述魚眼相機的參數(shù)。

在一個實施例中，所述標(biāo)板呈圓柱形，所述標(biāo)定方法進一步地包括制作所述標(biāo)板的步驟(D)：

(D.1)制作具有所述特征圖案的圓柱面；以及

(D.2)通過所述圓柱面制作所述標(biāo)板。

在一個實施例中，所述步驟(D.1)中的所述特征圖案進一步地通過如下步驟制作：

(D.1.1)提供一投影前的斑點圖案，其具有多個斑點，所述斑點以同心圓為一組，分別一層一層往外延伸，同時所述斑點又以同一徑向為一組，并從所述同心圓的圓心放射狀延伸，各徑向所形成的直線之間具有相等夾角；

(D.1.2)將所述斑點圖案基于魚機相機投影原理和所述圓柱面的形狀和尺寸進行投影，得到所述特征圖案的樣式；

(D.1.3)將所述特征圖案印刷或粘貼于所述圓柱面。

在一個實施例中，在所述步驟(D.2)中，所述圓柱面卷成筒狀從而制作圓柱形的所述標(biāo)板。

在一個實施例中，在所述步驟(D.2)中，進一步地包括步驟：將具有所述特征圖案的所述圓柱面貼合于圓柱形的標(biāo)板主體從而得到所述標(biāo)板。

在一個實施例中，在上述方法中的步驟(D)中，還包括非線性畸變的估計方法，其包括步驟:

(i)當(dāng)所述標(biāo)板繞著所述魚眼相機的光軸旋轉(zhuǎn)時，且其對著光軸的面始終對著光軸，則該所述標(biāo)板的所有像點的相對位置不變，即畸變?yōu)?；以及

(ii)當(dāng)所述標(biāo)板沿著所述魚眼相機的光軸平移時，其幾何中心的偏移情況用下式估計：

其中上式中，e為畸變量，R_w為所述標(biāo)板的半徑，f為所述魚眼相機的焦距，Z₂為特征點的高度，δ_z為沿著光軸的平移量，Δr為畸變前斑點半徑，Δr₁為畸變后斑點半徑。

在一個實施例中，所述步驟(C)中地一步的包括如下的所述數(shù)學(xué)模型，當(dāng)世界坐標(biāo)系的Z軸與所述魚眼相機的光軸重合時，根據(jù)實施為等距魚眼相機的投影原理，加上坐標(biāo)變換，可得等距投影的數(shù)學(xué)模型為：

其中上式中，u，v是像空間坐標(biāo)，X_w,Y_w,Z_w是世界坐標(biāo)，x，y，X，Y，Z為中間變量，f為焦距，u₀,v₀為光軸在像空間的坐標(biāo)，c_y為y軸相對x軸的縮放系數(shù)，t為世界坐標(biāo)系沿著光軸的平移量，θ為世界坐標(biāo)繞著光軸的旋轉(zhuǎn)角。f，u₀,v₀和c_y構(gòu)成標(biāo)定所需辨識的參數(shù)，而t，θ為需額外辨識的參數(shù)。

在一個實施例中，所述步驟(B)和所述步驟(C)之間還包括將所述標(biāo)板的中軸對準(zhǔn)于所述魚眼相機的光軸的對準(zhǔn)步驟(E)，其包括步驟：

(E.1)提取n個所述特征點121并按同心圓分組，設(shè)定一共具有k組，將每組內(nèi)的所述特征點的坐標(biāo)求平均，得該組的中心坐標(biāo)并與所述魚眼相機的光軸進行判斷是否重合；以及

(E.2)通過移動所述魚眼相機或移動所述標(biāo)板調(diào)整所述魚眼相機與所述標(biāo)板的相對位置。

在一個實施例中，在所述步驟(E.1)中，所采用的判據(jù)是：

當(dāng)e_x,e_y均小于設(shè)定值時，完成對準(zhǔn)。

在一個實施例中，在所述步驟(E.2)中，進一步地包括步驟：

(E.2.1)按照的方向平移所述魚眼相機；以及

(E.2.2)調(diào)整所述魚眼相機的角度，調(diào)整角度時，會離開通過平移來使圓柱形標(biāo)板的中軸對準(zhǔn)到與所述魚眼相機的光軸重新重合。

在一個實施例中，所述方法還包括步驟：將所述魚眼相機固定于一固定板，通過移動所述固定板調(diào)整所述魚眼相機的位置。

在一個實施例中，在完成對準(zhǔn)后，將所述特征點坐標(biāo)[x_i,y_i]，i＝{1,...,n}，加上所述等距投影的數(shù)學(xué)模型，帶入所述非線性優(yōu)化算法，即得所述數(shù)學(xué)模型的參數(shù)。

在一個實施例中，所述標(biāo)板制作過程進一步地包括如下步驟：

(1)測量所述標(biāo)板直徑d，計算其周長；

(2)打印所述特征圖案，使其寬W等于所述圓柱形的標(biāo)板主體的周長，然后粘貼所述特征圖案于所述標(biāo)板主體而形成所述標(biāo)板。

在一個實施例中，在所述步驟(B)中，獲取的圖像灰度處理并且根據(jù)設(shè)定的灰度閾值得到二值化圖像，從而得到所述特征點的圖像數(shù)據(jù)。

在一個實施例中，在調(diào)整所述魚相相機的步驟中，進一步地包括步驟：

在所述標(biāo)定主機的顯示器顯示對應(yīng)所述特征點的中心坐標(biāo)的測試點，所述測試點呈現(xiàn)大致U形線條；按照“動點”指向“不動點”的方向平移所述固定板；所顯示的所述U型線條的底部指向所述固定板的一處邊緣時將該處邊緣往后拉。

在一個實施例中，實施參數(shù)為R_w＝50毫米，Z₂＝100毫米，δ_z＝10毫米。

根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供一魚眼相機，其采用上述方法標(biāo)定得到。

根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供一魚眼相機的標(biāo)定系統(tǒng)，其包括：

一圓柱形標(biāo)板；以及

一標(biāo)定主機(即可實施為一顯示計算單元如電腦)，待標(biāo)定的一魚眼眼機連接于所述標(biāo)定主機，并且與所述標(biāo)板位置對應(yīng)從而便于拍攝所述標(biāo)板，獲取圖像數(shù)據(jù)并代入一數(shù)學(xué)模型得到所述魚相眼機的相關(guān)參數(shù)。

在一個實施例中，在所述標(biāo)定系統(tǒng)中，所述標(biāo)板包括一圓柱形標(biāo)板主體和設(shè)置于所述圓柱形標(biāo)板主體的具有一特征圖案的圓柱面。

在一個實施例中，在所述標(biāo)定系統(tǒng)中，所述特征圖案的樣式與一斑點圖案有如下對應(yīng)的關(guān)系：

所述斑點圖案具有多個斑點，所述斑點以同心圓為一組，分別一層一層往外延伸，同時所述斑點又以同一徑向為一組，并從所述同心圓的圓心放射狀延伸，各徑向所形成的直線之間具有相等夾角，并且所述斑點圖案基于魚機相機投影原理和所述圓柱面的形狀和尺寸進行投影，得到對應(yīng)的所述特征圖案的樣式。

在一個實施例中，在所述標(biāo)定系統(tǒng)中，具有所述特征圖案的所述圓柱面粘貼于或通過固定元件固定于圓柱形的所述標(biāo)板主體。

在一個實施例中，在所述標(biāo)定系統(tǒng)中，還包括一固定板，其中所述魚眼相機安裝于所述固定板，以通過所述固定板調(diào)整所述魚眼相機的位置。

根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，本發(fā)明提供一標(biāo)板，以用于一魚眼相機的標(biāo)定，其中所述標(biāo)板具有一特征圖案，所述特征圖案具有多個特征點，所述特征點沿著深度方向和沿著環(huán)繞的方向布置。

在一個實施例中，所述標(biāo)板是一圓柱形標(biāo)板，所述特征圖案設(shè)置于一圓柱面，其中所述特征圖案的樣式與一斑點圖案有如下對應(yīng)的關(guān)系：

所述斑點圖案具有多個斑點，所述斑點以同心圓為一組，分別一層一層往外延伸，同時所述斑點又以同一徑向為一組，并從所述同心圓的圓心放射狀延伸，各徑向所形成的直線之間具有相等夾角，并且所述斑點圖案基于魚機相機投影原理和所述圓柱面的形狀和尺寸進行投影，得到對應(yīng)的所述特征圖案的樣式。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中形成標(biāo)板的特征圖案時的投影前的圖案的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中投影前圖案基于魚眼相機投影原理投影到圓柱面得到的圓柱形標(biāo)板所需的特征圖案。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中將特征圖案粘貼至標(biāo)板的圓柱形主體的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的上述非線性畸變估計方法的原理示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中數(shù)學(xué)模型的原理示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中進行光軸對準(zhǔn)時所顯示的圖像。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中魚眼相機標(biāo)定系統(tǒng)的整體示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中魚眼相機標(biāo)定方法的流程示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖8所示是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的魚眼相機的標(biāo)定方法及其標(biāo)定系統(tǒng)和標(biāo)板。所述標(biāo)定系統(tǒng)包括一標(biāo)板10和一標(biāo)定主機30，以針對一魚眼相機20進行參數(shù)測試并且標(biāo)定。所述魚眼相機20連接于所述標(biāo)定主機30，如具有顯示器31的一個計 算機，并且所述魚眼相機20拍攝所述標(biāo)板10，得到的影像數(shù)據(jù)供所述標(biāo)定主機30分析，所述標(biāo)定主機30調(diào)用預(yù)設(shè)的標(biāo)定軟件對所述魚眼相機20進行標(biāo)定。

更具體地，如圖1至3所示是本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例的標(biāo)板10的制作過程。在本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例，不像現(xiàn)有技術(shù)中使用平面型標(biāo)板，而是采用立體標(biāo)板，更進一步地，本發(fā)明的所述標(biāo)板10是一個柱形標(biāo)定筒，其可以具有相同或漸變的直徑，如圖3中所示，優(yōu)選地，本發(fā)明的這個實施例是具有統(tǒng)一半徑R_w的圓柱形標(biāo)定筒。圓柱形的設(shè)計結(jié)構(gòu)得以減少魚眼相機在測試過程中對所述標(biāo)板的尺寸限制。由于所述魚眼相機的廣角范圍大，在測試過程中，傳統(tǒng)的標(biāo)板不能完整地顯示所述魚眼相機產(chǎn)生的特征圖像，進而造成測試數(shù)據(jù)不精確，影響測試結(jié)果。而本發(fā)明采用的圓柱形標(biāo)板，對尺寸沒有要求，而且能夠有效地覆蓋魚眼相機20的大視角。

所述標(biāo)板10具有一圓柱面11，其具有特征圖案12，如圖3所示，供所述魚眼相機20拍攝并成像，以供進一步地分析和計算。所述標(biāo)板10可以是通過將具有所述特征圖案12的圖紙或薄膜卷成筒狀而制成所述圓柱面11。在本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例中，所述標(biāo)板10也可以進一步地具有筒狀主體13，具有所述特征圖案12的所述圓柱面11粘貼于所述筒狀主體13從而得到本發(fā)明的圓柱形標(biāo)定筒。即所述標(biāo)板10的所述圓柱面11可無損展開成平面，便于直接打印或粘貼所述特征圖案12。所述標(biāo)板10具有制作簡單，生產(chǎn)成本低等特點。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的所述特征圖案12通過如下方法得到，即通過將圖1中所示的斑點圖案40投影來產(chǎn)生特征紋理圖案。具體地，投影前的斑點圖案40如圖1所示，其包含多個斑點41，特征點可以是這些斑點41的幾何中心。斑點41可以具有各種各樣的幾何形狀，如圓形、橢圓形、線對形或各種多邊形如三角形、四邊形和五邊形等。

這些所述斑點41以同心圓為一組，分別一層一層往外延伸，同時所述斑點41又以同一徑向為一組，并從所述同心圓的圓心放射狀延伸，各徑向所形成的直線之間具有相等夾角。例如圖1中所示，這些所述斑點41形成10個同心圓，并且沿著徑向形成放射狀的20條斑點線并等分360°，可以理解的是圖1中所示的斑點41的排列只作為舉例而并不限制本發(fā)明。

所述斑點圖案40基于魚眼相機投影原理逆投影到一圓柱形表面，即得到如圖2所示的特征圖案12，即各個所述斑點41投影后形成對應(yīng)的各個特征點121，即通過逆向設(shè)計的方式得到所述特征圖案12。本發(fā)明的標(biāo)定過程中，所述魚眼相機20拍攝所述特征圖案12，可以得到大致與所述斑點圖案40類似的成像圖案，從而方便后續(xù)進一步的測試。

相應(yīng)地，本發(fā)明的所述特征圖案12得到后，測量所述標(biāo)板10的直徑d，計算得到其周長πd,此周長的長度即所述圓柱面11的寬度W。然后將所述特征圖案12形成于所述圓柱面11，例如通過打印或粘貼于實施為圖紙或薄膜的所述圓柱面11，然后進一步地將所述圓柱面11粘貼或其他方式固定于所述標(biāo)板主體13，從而得到本發(fā)明的圓柱形的所述標(biāo)板10。

然而，所述魚眼相機20拍攝所述特征圖案12，可以得到大致與所述斑點圖案40類似的成像圖案時，會產(chǎn)生非線性畸變。即在上述特征圖案12基于投影原理產(chǎn)生階段，像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間有對應(yīng)關(guān)系。但是在實際標(biāo)定階段，所述魚眼相機20拍攝所述標(biāo)板10時不重合前述的對應(yīng)關(guān)系。具體表現(xiàn)為：特征點偏離了幾何中心。所以，需要定量考察這種偏離的程度，以便設(shè)計出準(zhǔn)確又便利的標(biāo)定方法。

為解決這種偏離情況，本發(fā)明提出新的畸變估計方法，其基于平移所述標(biāo)板10來反映畸變情況。如圖4所示是根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中所述標(biāo)板10沿著所述魚眼相機20的光軸平移的示意圖。

具體地，本發(fā)明的畸變估計方法基于下面兩部分內(nèi)容。第一方面，當(dāng)所述標(biāo)板10繞著所述魚眼相機20的光軸旋轉(zhuǎn)時，且其對著光軸的面始終對著光軸，則該所述標(biāo)板10的所有像點的相對位置不變，即畸變?yōu)?。第二方面，當(dāng)所述標(biāo)板沿著所述魚眼相機的光軸平移時，其幾何中心的偏移情況可用下式估計：

其中，e為畸變量，R_w為標(biāo)板的半徑，f為所述魚眼相機的焦距，Z₂為特征點的高度，δ_z為沿著光軸的平移量，Δr為畸變前斑點半徑，Δr₁為畸變后斑點半徑，的單位是度。該公式定量地表達了畸變情況，方便用戶校驗精度要求，且揭示了各個影響因素的作用。總體上，因為很小，所以偏離不會太大。另外，越大越矮的標(biāo)板、越小的斑點都能進一步抑制畸變。

值得一提的是，本發(fā)明推薦的實施參數(shù)為

另外可取試驗數(shù)據(jù)R_w＝50毫米，Z₂＝100毫米，δ_z＝10毫米。這樣的實驗數(shù)據(jù)足以滿足分辨率高達4000×4000的所述魚眼相機測試，得到測試的畸變量為0.28個像素，這 一誤差在許多場合下是允許的，滿足市場的生產(chǎn)需求。

根據(jù)以上畸變估計公式可知，當(dāng)世界坐標(biāo)系的Z軸與所述魚眼相機20的光軸重合時，非線性畸變的作用很小?；谶@一要求，并且參照如圖5所示，根據(jù)實施為等距魚眼相機的所述魚眼相機20的投影原理，加上坐標(biāo)變換，可得等距投影的數(shù)學(xué)模型為：

其中，u，v是像空間坐標(biāo)，X_w,Y_w,Z_w是世界坐標(biāo)，x，y，X，Y，Z為中間變量，f為焦距，u₀,v₀為光軸在像空間的坐標(biāo)，c_y為y軸相對x軸的縮放系數(shù)，t為世界坐標(biāo)系沿著光軸的平移量，θ為世界坐標(biāo)繞著光軸的旋轉(zhuǎn)角。F,u₀,v₀和c_y構(gòu)成標(biāo)定所需辨識的參數(shù)，而t，θ為需額外辨識的參數(shù)。

另外，本發(fā)明的標(biāo)定方法中還包括將所述標(biāo)板10的中軸對準(zhǔn)于所述魚眼相機20的光軸的對準(zhǔn)方法，具體地，根據(jù)本發(fā)明所采用的數(shù)學(xué)模型和原理，需將圓柱形標(biāo)板10的中軸對準(zhǔn)于所述魚眼相機的光軸。進而避免對精密機械臺的依賴，同時本發(fā)明設(shè)計了一種軟件對準(zhǔn)方法。

假定已經(jīng)提取得n個特征點121[x_i,y_i]，如圖2中200個所述特征點121，將這些特征點121按同心圓分組，假定一共具有k組，如圖2中所示是10組，每組20個所述特征點121。將每組內(nèi)的所述特征點121的坐標(biāo)求平均，得該組的中心坐標(biāo)j∈{1,...,k}。若所述標(biāo)板10與所述魚眼相機20的光軸已重合，則所有的應(yīng)重合。相反，可根據(jù)的不重合程度，估計所述標(biāo)板10與所述魚眼相機20的光軸的不重合程度。

在軟件對準(zhǔn)方法實施過程中，取最外圈對應(yīng)的下標(biāo)j＝1，將j∈{2,...,k}坐標(biāo)處的像素突出顯示，可得結(jié)果如圖6所示。c為某一比較大的常數(shù)，用于放大顯示的不重合度。圖6提供了完整的反饋 信息，以用于調(diào)整所述魚眼相機20與所述標(biāo)板10的相對位置。在圖6中，其顯示了在所述標(biāo)定主機30的所述顯示器31顯示的測試圖案50，其包括多個測試點51，每個所述測試點51基于上述按同心圓分組并將每組內(nèi)的所述特征點121的坐標(biāo)求平均，得至該組的中心坐標(biāo)而得到。例如在本發(fā)明的這個示例中，其具有10個所述測試點51，并且排列成大致U形形狀，并且具有凹口52。

本發(fā)明的調(diào)整方法可以固定所述魚眼相機20而調(diào)整所述標(biāo)板10的位置，也可以移動所述魚眼相機20而固定所述標(biāo)板10。以移動所述魚眼相機20而固定所述標(biāo)板10，本發(fā)明的調(diào)整的方法是：按照的方向平移所述魚眼相機20，調(diào)整所述魚眼相機20的角度，使其偏向“圖6中線條的凹口52”所指的方向。調(diào)整角度時，會離開用戶需通過平移來使所述標(biāo)板10的中軸與所述魚眼相機20的光軸重新重合。同時平移過程不會產(chǎn)生角度的變化，所以這兩種調(diào)整是沒有矛盾的。完成對準(zhǔn)的判斷式為：其中e_x,e_y均小于設(shè)定值時，完成對準(zhǔn)。完成對準(zhǔn)后，可將特征點坐標(biāo)[x_i,y_i]，i＝{1,...,n}，加上所述等距投影的數(shù)學(xué)模型，帶入某一非線性優(yōu)化算法，既得模型的參數(shù)。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種魚眼相機的標(biāo)定方法，其包括如下步驟：

(A)魚眼相機20拍攝柱形立體標(biāo)板10的特征圖案12；

(B)連接至所述魚眼相機20的標(biāo)定主機30采集所述特征圖案12的圖像并提取特征點121；以及

(C)調(diào)用非線性優(yōu)化算法，輸入所述特征點121坐標(biāo)，并基于標(biāo)定用數(shù)學(xué)模型得到所述魚眼相機20的參數(shù)。

相應(yīng)地，在上述方法中，還包括非線性畸變的估計方法，其包括步驟:

(i)當(dāng)所述標(biāo)板10繞著所述魚眼相機20的光軸旋轉(zhuǎn)時，且其對著光軸的面始終對著光軸，則該所述標(biāo)板10的所有像點的相對位置不變，即畸變?yōu)?；以及

(ii)當(dāng)所述標(biāo)板10沿著所述魚眼相機20的光軸平移時，其幾何中心的偏移情況可用下式估計：

其中上式中，e為畸變量，R_w為標(biāo)板的半徑，f為所述魚眼相機的焦距，Z₂為特征點的高度，δ_z為沿著光軸的平移量，Δr為畸變前斑點半徑，Δr₁為畸變后斑點半徑。

進一步，本發(fā)明的所述標(biāo)定方法的所述步驟(C)中地一步的包括如下的所述數(shù)學(xué)模 型，當(dāng)世界坐標(biāo)系的Z軸與所述魚眼相機20的光軸重合時，根據(jù)實施為等距魚眼相機的所述魚眼相機20的投影原理，加上坐標(biāo)變換，可得等距投影的數(shù)學(xué)模型為：

其中上式中，u，v是像空間坐標(biāo)，X_w,Y_w,Z_w是世界坐標(biāo)，x，y，X，Y，Z為中間變量，f為焦距，u₀,v₀為光軸在像空間的坐標(biāo)，c_y為y軸相對x軸的縮放系數(shù)，t為世界坐標(biāo)系沿著光軸的平移量，θ為世界坐標(biāo)繞著光軸的旋轉(zhuǎn)角。f，u₀,v₀和c_y構(gòu)成標(biāo)定所需辨識的參數(shù)，而t，θ為需額外辨識的參數(shù)。

另外，優(yōu)選地，本發(fā)明的所述標(biāo)板10是圓柱形標(biāo)板，所述標(biāo)定方法進一步地包括制作所述標(biāo)板10的步驟(D)：

(D.1)制作具有特征圖案12的圓柱面11；以及

(D.2)通過所述圓柱面11制作所述標(biāo)板10。

其中所述步驟(D.1)中的所述特征圖案12進一步地通過如下步驟制作：

(D.1.1)提供一投影前的斑點圖案40，其具有多個斑點41，所述斑點41以同心圓為一組，分別一層一層往外延伸，同時所述斑點41又以同一徑向為一組，并從所述同心圓的圓心放射狀延伸，各徑向所形成的直線之間具有相等夾角；

(D.1.2)將所述斑點圖案40基于魚機相機投影原理和所述圓柱面11的形狀和尺寸進行投影，得到所述特征圖案12的樣式；

(D.1.3)將所述特征圖案12印刷或粘貼于所述圓柱面11。

在所述步驟(D.2)中，所述圓柱面11卷成筒狀從而制作圓柱形的所述標(biāo)板10。或者其進一步地包括步驟：將具有所述特征圖案12的所述圓柱面11貼合于(如粘貼或其他附著固定方式)圓柱形的標(biāo)板主體13從而得到所述標(biāo)板10。

在上述標(biāo)定方法中，其還包括步驟：將所述魚眼相機20固定于一固定板60，從而便于控制所述魚眼相機20，如調(diào)整所述魚眼相機20的位置。

在本發(fā)明的步驟(B)和步驟(C)之間還包括將所述標(biāo)板10的中軸對準(zhǔn)于所述魚眼相機20的光軸的對準(zhǔn)步驟(E)，其包括步驟：

(E.1)提取n個所述特征點121并按同心圓分組，設(shè)定一共具有k組，將每組內(nèi)的所述特征點121的坐標(biāo)求平均，得該組的中心坐標(biāo)并與所述魚眼相機20的光軸進行判斷是否重合；以及

(E.2)通過移動所述魚眼相機20或移動所述標(biāo)板10調(diào)整所述魚眼相機20與所述標(biāo)板10的相對位置。

在步驟(E.1)中，判別重合的依據(jù)是：

當(dāng)e_x,e_y均小于設(shè)定值時，完成對準(zhǔn)。

優(yōu)選地，在所述步驟(E.2)中，進一步地包括步驟：

(E.2.1)按照的方向平移所述魚眼相機；以及

(E.2.2)調(diào)整所述魚眼相機20的角度，調(diào)整角度時，會離開通過平移來使圓柱形標(biāo)板10的中軸對準(zhǔn)到與所述魚眼相機20的光軸重新重合。

相應(yīng)地，在調(diào)整所述魚眼相機20的角度時，可以通過移動所述固定板60來完成。

并且在完成對準(zhǔn)后，可將特征點坐標(biāo)[x_i,y_i]，i＝{1,...,n}，加上所述等距投影的數(shù)學(xué)模型，帶入某一非線性優(yōu)化算法，既得模型的參數(shù)。

參照如圖8所示是根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例的一個具體實施方式，其中所述標(biāo)定系統(tǒng)包括所述圓柱形標(biāo)板10，所述標(biāo)定主機30和所述固定板60，其中待測試和標(biāo)定的所述魚眼相機20安裝于所述固定板60，并且連接于所述標(biāo)定主機30，并且與所述標(biāo)板10位置對應(yīng)從而便于拍攝所述標(biāo)板10，在拍攝所述標(biāo)板10以及有需要時平移所述標(biāo)板10后獲取圖像數(shù)據(jù)并代入數(shù)學(xué)模型得到所述魚相眼機的相關(guān)參數(shù)。

具體地，在一個具體的實施方案中，其包括如下步驟：

(1)測量所述標(biāo)板10直徑d，計算其周長。

(2)打印所述特征圖案12，使其寬W等于圓柱體周長，然后盡可能準(zhǔn)確地粘貼而形成所述標(biāo)板10。

(3)連接所述魚眼相機20和標(biāo)定主機30(如電腦)，啟動標(biāo)定軟件。

(4)軟件實時采集圖像，進行二值化處理，提取特征點121并求取各組特征點121的中心坐標(biāo)。相應(yīng)地二值化處理中，獲取的圖像灰度處理并且根據(jù)設(shè)定的灰度閾值得到二值化圖像，從而得到所述特征點121的圖像數(shù)據(jù)。

(5)顯示對準(zhǔn)情況。

(6)用戶根據(jù)對準(zhǔn)情況，調(diào)整相機。具體調(diào)整方法如下(相機的方位與顯示的方位大體一致)：

①按照“動點”指向“不動點”的方向平移所述固定板60。

②所顯示的U型線條40的底部指向所述固定板60的一處邊緣時將該處邊緣往后拉。

(7)判定是否已對準(zhǔn)成功。若成功，則進入步驟(8)，否則進入步驟(4)。

(8)調(diào)用非線性優(yōu)化算法，輸入特征點坐標(biāo)，計算相機的參數(shù)，輸出結(jié)果。

上述內(nèi)容為本發(fā)明的具體實施例的例舉，對于其中未詳盡描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解為采取本領(lǐng)域已有的通用設(shè)備及通用方法來予以實施。

同時本發(fā)明上述實施例僅為說明本發(fā)明技術(shù)方案之用，僅為本發(fā)明技術(shù)方案的列舉，并不用于限制本發(fā)明的技術(shù)方案及其保護范圍。采用等同技術(shù)手段、等同設(shè)備等對本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書所公開的技術(shù)方案的改進應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是沒有超出本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書所公開的范圍。