專利名稱：一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)，特別涉及一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法及裝置。

背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在攝影測(cè)量以及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，通過攝像機(jī)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行攝像，然后從攝像得到的圖像中，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)重構(gòu)出被測(cè)目標(biāo)的空間位置結(jié)構(gòu)，也就是建立被測(cè)目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)與通過攝像機(jī)攝像得到的圖像中對(duì)應(yīng)被測(cè)目標(biāo)的平面位置坐標(biāo)之間的幾何關(guān)系，通過平面圖像的平面位置坐標(biāo)信息恢復(fù)出被測(cè)目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)信息，對(duì)于遙感測(cè)量、拍攝有著重要的意義。而建立上述幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，首先必須確定攝像機(jī)成像的數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型的參數(shù)即為攝像機(jī)參數(shù)，大多數(shù)情況下這些參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算得到攝像機(jī)參數(shù)的過程就稱之為攝像機(jī)標(biāo)定。在攝影測(cè)量和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定是重要環(huán)節(jié)，其標(biāo)定結(jié)果的精度和算法的穩(wěn)定性直接影響最終測(cè)量或識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性，即影響構(gòu)建的被測(cè)目標(biāo)的空間位置結(jié)構(gòu)的精度。
攝像機(jī)參數(shù)包括攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)以及外參數(shù)，內(nèi)參數(shù)是指恢復(fù)光線束形狀的要素，主要包括像主點(diǎn)、攝像機(jī)的主距以及透鏡畸變系數(shù)等，外參數(shù)是指確定光線束在給定物方空間坐標(biāo)系中位置和朝向的要素，包括投影中心和攝像機(jī)光軸方位在物空間坐標(biāo)系中的三個(gè)角度量等參數(shù)，由于攝像機(jī)外參數(shù)與本發(fā)明無關(guān)，因而，后續(xù)本發(fā)明中所述的攝像機(jī)參數(shù)為內(nèi)參數(shù)。
現(xiàn)有標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法是利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參照物與通過攝像機(jī)攝像得到的多幅圖像建立包含攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)的對(duì)應(yīng)約束關(guān)系(共線方程)，來確定攝像機(jī)模型的各個(gè)內(nèi)外參數(shù)之間的非線性方程，通過迭代運(yùn)算得到一組攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)最優(yōu)解的集合。但該方法的限制條件較多，特別是需要多幅標(biāo)定靶(標(biāo)準(zhǔn)參照物)圖像參與標(biāo)定工作，使攝像機(jī)參數(shù)的運(yùn)算過程引入了更多的外參數(shù)，而且，建立的非線性方程或方程組中，內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)之間相互約束、相互影響，增加了標(biāo)定結(jié)果的不穩(wěn)定性，使得攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定精度較低，從而影響構(gòu)建的被測(cè)目標(biāo)的空間位置結(jié)構(gòu)的精度。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法，使得攝像機(jī)參數(shù)分別獨(dú)立標(biāo)定，提高攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定精度。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的裝置，使得攝像機(jī)參數(shù)分別獨(dú)立標(biāo)定，提高攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定精度。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法，該方法包括 獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像； 獲取標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)； 根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)； 根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)； 根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬無畸變網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)； 根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)； 根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。
所述根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)包括 在待構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中獲取像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)； 分別擬合虛擬網(wǎng)格中行向和列向虛擬網(wǎng)格點(diǎn)直線方程； 分別獲取擬合的行向和列向直線方程中曲率最小的直線方程； 根據(jù)獲取的曲率最小的直線方程獲取基準(zhǔn)點(diǎn)。
根據(jù)最小二乘法分別擬合所述虛擬網(wǎng)格中行向和列向虛擬網(wǎng)格點(diǎn)直線方程。
通過計(jì)算虛擬網(wǎng)格中各相應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的擬合直線間的距離的平方和獲取該擬合曲線的曲率。
所述根據(jù)獲取的曲率最小的直線方程獲取基準(zhǔn)點(diǎn)包括 選取曲率最小的行向直線方程對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格行與曲率最小的列向直線方程對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格列對(duì)應(yīng)的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)；或 選取曲率最小的行向直線方程與曲率最小的列向直線方程的交點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。
將像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)組成行向和列向直線束，分別求解行向和列向直線束組成的超定方程組，獲取所述消隱點(diǎn)坐標(biāo)。
所述根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)包括 連接獲取的橫向基準(zhǔn)直線上擴(kuò)展的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Ai(u′i，v′i)(i＝0，1，-1，2，-2…)和縱向消隱點(diǎn)pr(u′r，v′r)，得到相交直線束中第i條直線AiPr的直線方程 連接獲取的縱向基準(zhǔn)直線上擴(kuò)展的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Bj(u′j，v′j)(j＝1，-1，2，-2…)和橫向消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)，得到另一相交直線束中第j條直線BjPc的直線方程 計(jì)算第(j，i)個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)(u′j，i，v′j，i)的無畸變坐標(biāo)，計(jì)算公式為 所述計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)的公式為 (u0-um)2+(v0-vm)2+f2＝R2 其中， (u0，v0)為像主點(diǎn)P的像面坐標(biāo)，(u′r，v′r)，(u′c，v′c)分別為縱向消隱點(diǎn)以及橫向消隱點(diǎn)的坐標(biāo)，f為主距。
所述計(jì)算攝像機(jī)畸變參數(shù)的公式為 其中，(u′，v′)表示構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中無畸變虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)； (u，v)表示虛擬網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo)； (μ0，v0)為像主點(diǎn)坐標(biāo)； ρ是標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)到像主點(diǎn)(μ0，v0)的距離
k1，k2，k3為徑向畸變系數(shù)； p1，p2為切向畸變系數(shù)。
一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的裝置，該裝置包括標(biāo)定靶圖像獲取模塊、像素點(diǎn)坐標(biāo)信息獲取模塊、虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊、消隱點(diǎn)信息獲取模塊、虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建模塊、存儲(chǔ)模塊以及攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊，其中， 標(biāo)定靶圖像獲取模塊，用于獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像； 像素點(diǎn)坐標(biāo)信息獲取模塊，用于獲取標(biāo)定靶圖像中各像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息，將標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息分別輸出至虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊及消隱點(diǎn)信息獲取模塊； 虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊，根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)； 消隱點(diǎn)信息獲取模塊，用于根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息組成直線束，求解直線束組成的超定方程組獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)； 虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建模塊，用于將像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)作為基準(zhǔn)直線上的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的共線的等距線段成像的比例關(guān)系信息，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)； 存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)共線的等距線段成像的比例關(guān)系信息； 攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊，用于根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)，根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。
由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法及裝置，獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像；獲取標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)；根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)；根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)；根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。這樣，相比于傳統(tǒng)標(biāo)定方法，將攝像機(jī)各參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)定，避免了非線性方程組解算的繁瑣的迭代過程，提高了標(biāo)定結(jié)果的穩(wěn)定性，且靈活性比較強(qiáng)，可根據(jù)場(chǎng)景內(nèi)的內(nèi)容景象，分步完成攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定，且該標(biāo)定方法不受標(biāo)定尺空間位置的影響。



圖1為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定靶圖像示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法流程示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的獲取基準(zhǔn)點(diǎn)的方法流程示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例虛擬網(wǎng)格無畸變區(qū)域以及消隱點(diǎn)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例基準(zhǔn)線上基準(zhǔn)點(diǎn)編號(hào)示意圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算共線的等距線段成像的比例關(guān)系示意圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)標(biāo)定靶圖像進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)得到的成像中心結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例利用標(biāo)定靶圖像中間區(qū)域畸變?yōu)榱愕奶匦砸约跋[點(diǎn)理論構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格與標(biāo)定靶圖像的比較示意圖。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
根據(jù)透鏡畸變?cè)恚上裣衩鎱^(qū)域可以分為以像主點(diǎn)Q(u0，v0)附近的無畸變或小畸變成像區(qū)域和四周邊緣的畸變成像區(qū)域兩部分，攝像機(jī)在對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行攝像時(shí)，攝像機(jī)的像主點(diǎn)與成像像面的幾何中心是重合的，以及像主點(diǎn)附近的透鏡畸變?yōu)榱恪１景l(fā)明實(shí)施例中，提出虛擬網(wǎng)格標(biāo)定法，利用單幅標(biāo)定靶圖像，基于“像主點(diǎn)附近透鏡畸變?yōu)榱恪焙汀皵z像機(jī)的像主點(diǎn)坐標(biāo)與成像像面的幾何中心重合”的特性，在虛擬網(wǎng)格中建立基于基準(zhǔn)點(diǎn)的基準(zhǔn)直線，并基于消隱點(diǎn)理論構(gòu)建虛擬網(wǎng)格中基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)，再通過預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)建立的虛擬網(wǎng)格以及對(duì)應(yīng)的標(biāo)定靶圖像對(duì)攝像機(jī)各參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)定，從而避免非線性方程組解算的繁瑣的迭代過程，提高了標(biāo)定結(jié)果的穩(wěn)定性，且靈活性比較強(qiáng)，不受標(biāo)定尺空間位置的影響，可根據(jù)場(chǎng)景內(nèi)的內(nèi)容景象，分步完成攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)標(biāo)定。
像主點(diǎn)Q(u0，v0)為成像像面中心區(qū)域，例如，對(duì)于分辨率為2048x1024像素的標(biāo)定靶圖像，其像主點(diǎn)Q(u0，v0)的坐標(biāo)為u0＝1024，v0＝512。關(guān)于成像像面各像素點(diǎn)坐標(biāo)的獲取，具體可參見相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，在此不再贅述。
在透視投影模型中，向光軸傾斜的3D線在2D圖像中消失于一個(gè)點(diǎn)，稱這個(gè)點(diǎn)為消隱點(diǎn)(Vanishing Point)，消隱點(diǎn)是某方向上無窮遠(yuǎn)點(diǎn)在成像像面上的投影，光心和消隱點(diǎn)的連線方向正好和該方向一致，所以同方向的一組直線對(duì)應(yīng)著同一個(gè)消隱點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例中，攝像機(jī)參數(shù)主要包括攝像機(jī)主距參數(shù)以及攝像機(jī)畸變系數(shù)。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定靶圖像示意圖。參見圖1，標(biāo)定靶采用正方形網(wǎng)格平板，成像像面上的正方形的網(wǎng)格點(diǎn)用灰度均勻的圓點(diǎn)表示，網(wǎng)格的邊長(zhǎng)(相鄰網(wǎng)格點(diǎn)間距)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，圖中，正方形網(wǎng)格是由兩組相互垂直的等距的平行線組成。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法流程示意圖。參見圖2，該流程包括 步驟201，獲取攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像； 本步驟中，標(biāo)定靶采用正方形網(wǎng)格平板，網(wǎng)格平板上的網(wǎng)格點(diǎn)用灰度均勻的圓點(diǎn)表示，選取需要標(biāo)定的攝像機(jī)，對(duì)該標(biāo)定板進(jìn)行拍攝，獲取標(biāo)定靶圖像，并根據(jù)相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，生成成像像面各像素點(diǎn)的坐標(biāo)。
步驟202，獲取標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)； 本步驟中，基于“像主點(diǎn)附近透鏡畸變?yōu)榱恪焙汀皵z像機(jī)的像主點(diǎn)坐標(biāo)與成像像面的幾何中心重合”，可以認(rèn)為，像主點(diǎn)附近區(qū)域的畸變率可以忽略不計(jì)，即認(rèn)為沒有畸變率，這在圖像標(biāo)定中是公知的假設(shè)。像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域的選擇可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，例如，選取像主點(diǎn)附近的s×s(s＝5)無畸變區(qū)域的像素點(diǎn)，將該像素點(diǎn)的坐標(biāo)作為待構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中的無畸變虛擬網(wǎng)格點(diǎn)。
步驟203，根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)； 本步驟中，基準(zhǔn)點(diǎn)可以直接根據(jù)獲取的像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)確定，將像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域的中心像素點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)；當(dāng)然，為了進(jìn)一步提高構(gòu)建的基準(zhǔn)點(diǎn)精確度，也可以采用本發(fā)明實(shí)施例的方法來獲取基準(zhǔn)點(diǎn)。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的獲取基準(zhǔn)點(diǎn)的方法流程示意圖。參見圖3，該流程包括 步驟301，在待構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中獲取像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)； 本步驟中，按照像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)構(gòu)建虛擬網(wǎng)格中像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)。
步驟302，分別擬合虛擬網(wǎng)格中行向和列向虛擬網(wǎng)格點(diǎn)直線方程； 本步驟中，虛擬網(wǎng)格中的行對(duì)應(yīng)水平方向，即橫向，列對(duì)應(yīng)豎直方向，即縱向。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例虛擬網(wǎng)格無畸變區(qū)域以及消隱點(diǎn)示意圖，參見圖4，Pc(uc，vc)和Pr(ur，vr)為消隱點(diǎn)，無畸變虛擬網(wǎng)格的中心點(diǎn)稱為基準(zhǔn)點(diǎn)O，PcO為縱向基準(zhǔn)線，PrO為橫向基準(zhǔn)線。
虛擬網(wǎng)格上的橫向基準(zhǔn)線和縱向基準(zhǔn)線分別對(duì)應(yīng)標(biāo)定靶中相應(yīng)的兩條直線，對(duì)于無畸變虛擬網(wǎng)格而言，理論上，虛擬網(wǎng)格上的兩基準(zhǔn)線曲率為零，因而，實(shí)際應(yīng)用中，可以將曲率最小的兩條直線分別作為虛擬網(wǎng)格上的橫向基準(zhǔn)線以及縱向基準(zhǔn)線。這樣，可以通過計(jì)算虛擬網(wǎng)格中各列虛擬網(wǎng)格點(diǎn)擬合而成的直線曲率，從中選擇曲率最小的一條直線作為縱向基準(zhǔn)線，以及，計(jì)算虛擬網(wǎng)格中各行虛擬網(wǎng)格點(diǎn)擬合而成的直線曲率，從中選擇曲率最小的一條直線作為橫向基準(zhǔn)線，縱向基準(zhǔn)線和橫向基準(zhǔn)線的交點(diǎn)即為基準(zhǔn)點(diǎn)。
假設(shè)初始構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格為m行n列(m和n可以相等，也可以不等)，設(shè)標(biāo)定靶圖像的像素點(diǎn)坐標(biāo)為(u，v)，重構(gòu)網(wǎng)格(無畸變虛擬網(wǎng)格)的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))坐標(biāo)為(u′b，v′b)，aj、bj分別表示擬合的第j條直線的斜率和截距。
實(shí)際應(yīng)用中，可以采用最小二乘法進(jìn)行擬合，例如，利用最小二乘法擬合虛擬網(wǎng)格中第j列的直線方程v＝aju+bj(j＝1，2，3，...，n)，n為虛擬網(wǎng)格中直線的列數(shù)，以及，利用最小二乘法擬合虛擬網(wǎng)格中第i行的直線方程v＝aiu+bi(i＝1，2，3，...，n)。
步驟303，分別獲取擬合的行向和列向直線方程中曲率最小的直線方程； 本步驟中，計(jì)算虛擬網(wǎng)格中各相應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的擬合直線間的距離的平方和，將其作為該擬合曲線的曲率。具體來說， 對(duì)于直線方程v＝aju+bj，計(jì)算列向直線的曲率的公式為 其中，δj為第j列擬合直線的曲率，(ui，j，vi，j)為虛擬網(wǎng)格中第i行第j列虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)，m為虛擬網(wǎng)格中虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的行數(shù)。
對(duì)于直線方程v＝aiu+bi，計(jì)算行向直線的曲率的公式為 其中，δi為第i行擬合直線的曲率，n為虛擬網(wǎng)格中虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的列數(shù)，即虛擬網(wǎng)格中直線的列數(shù)。
根據(jù)計(jì)算獲取的δj(j＝1，2，...，n)，從中選取最小的δj對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格列jmin或擬合直線；根據(jù)計(jì)算獲取的δi(i＝1，2，...，m)，從中選取最小的δi對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格行imin或擬合直線。例如，對(duì)于m，n為單數(shù)的情形，可以從中選取最小的δj對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格列jmin以及最小的δi對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格行imin，對(duì)于m，n為雙數(shù)的情形，從中選取最小的δj對(duì)應(yīng)的擬合直線以及最小的δi對(duì)應(yīng)的擬合直線。
步驟304，根據(jù)獲取的曲率最小的直線方程獲取基準(zhǔn)點(diǎn)。
本步驟中，如果為網(wǎng)格列jmin和網(wǎng)格行imin，則虛擬網(wǎng)格中第imin行jmin列的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)；如果為擬合直線，則兩條擬合直線的交點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。
步驟204，根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)； 本步驟中，根據(jù)消隱點(diǎn)的定義，同方向的一組直線對(duì)應(yīng)著同一個(gè)消隱點(diǎn)，即，同方向的一組直線相交于消隱點(diǎn)，因而，本發(fā)明實(shí)施例中，利用像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)組成直線束，求解直線束組成的超定方程組得到的解即為消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)。
實(shí)際應(yīng)用中，假設(shè)選取像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域s2個(gè)像素點(diǎn)，對(duì)應(yīng)虛擬網(wǎng)格中以基準(zhǔn)點(diǎn)為中心的s2個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，則列網(wǎng)格點(diǎn)與消隱點(diǎn)組成的縱向直線方程可表示為 v-v′c＝ai(u-u′c)(i＝1，2，...，s) 其中ai為縱向直線的斜率，(u，v)為虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)，(u′c，v′c)為消隱點(diǎn)坐標(biāo)，在本發(fā)明中，為未知數(shù)，上式可簡(jiǎn)化為 aiu+v′c-aiu′c＝v 將中心區(qū)域的s2個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)代入，可得直線束方程矩陣 AM＝B 其中，A為直線束的系數(shù)矩陣，s2×(2s+1)，M為各直線的斜率矩陣，(2s+1)×1，B為各直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的縱坐標(biāo)矩陣，s2×1。
M＝[a1，a2，…as，v′c，a1u′c，…asu′c]T B＝[v11，v12，…v1s，v21，…v2s，…vss]T 式中，uij表示第i行第j列虛擬網(wǎng)格點(diǎn)橫坐標(biāo)，vij表示第i行第j列虛擬網(wǎng)格點(diǎn)縱坐標(biāo)，1≤i，j≤s。
利用最小二乘法解上述超定方程，可得 M＝(AAT)-1ATB 可解得縱向消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)的坐標(biāo)為 式中，Mk為矢量M的第k個(gè)元素。
依據(jù)與獲取縱向消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)的坐標(biāo)相同的求解過程，通過將無畸變區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)組成的橫向直線方程改寫為A′M′＝B′的形式，計(jì)算由橫向方程組成的超定方程得到M′＝(A′A′T)A′TB′，根據(jù)矢量M′可計(jì)算得到橫向消隱點(diǎn)Pr(u′r，v′r)的坐標(biāo) 式中，M′k為M′的第k個(gè)元素。
在獲取縱向消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)以及橫向消隱點(diǎn)Pr(u′r，v′r)坐標(biāo)信息后，縱向消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)與基準(zhǔn)點(diǎn)的連線PcO為縱向基準(zhǔn)線，如果沒有畸變，在虛擬網(wǎng)格中，存在一條縱向網(wǎng)格線與PcO重合，其斜率為

橫向消隱點(diǎn)Pr(u′r，v′r)與基準(zhǔn)線的連線PrO為橫向基準(zhǔn)線，如果沒有畸變，在虛擬網(wǎng)格中，同樣存在一條橫向網(wǎng)格線與PrO重合，其斜率為

當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中，也可以將通過基準(zhǔn)點(diǎn)的橫向直線作為橫向基準(zhǔn)線，以及，將通過基準(zhǔn)點(diǎn)的縱向直線作為縱向基準(zhǔn)線。
步驟205，根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例基準(zhǔn)線上基準(zhǔn)點(diǎn)編號(hào)示意圖。參見圖5，不失一般性，假定基準(zhǔn)線上基準(zhǔn)點(diǎn)編號(hào)為0，并由此向直線兩端展開，依次設(shè)置虛擬網(wǎng)格點(diǎn)編號(hào)為±1，±2，...，±n，則共線的等距線段成像的比例關(guān)系可表示為 式中， W0為基準(zhǔn)線上基準(zhǔn)點(diǎn)與相鄰虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，即虛擬網(wǎng)格點(diǎn)編號(hào)為±1的距離； W1為基準(zhǔn)線上編號(hào)為1與編號(hào)為2的相鄰虛擬網(wǎng)格點(diǎn)間的距離，或編號(hào)為-1與編號(hào)為-2的相鄰虛擬網(wǎng)格點(diǎn)間的距離； Wi為基準(zhǔn)線上編號(hào)為i與編號(hào)為i+1的相鄰虛擬網(wǎng)格點(diǎn)間的距離； i為基準(zhǔn)線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)編號(hào)。
關(guān)于共線的等距線段成像的比例關(guān)系的獲取，后續(xù)再進(jìn)行詳細(xì)描述。
本步驟中，首先，對(duì)縱向基準(zhǔn)線上包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)(預(yù)先設(shè)置的中心區(qū)域虛擬網(wǎng)格點(diǎn))進(jìn)行擴(kuò)展，構(gòu)建縱向基準(zhǔn)線上除上述包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，即構(gòu)建該縱向基準(zhǔn)線在中心區(qū)域之外的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，具體過程如下 根據(jù)上述共線的等距線段成像的比例關(guān)系，分別根據(jù)計(jì)算得到的中間無畸變區(qū)域線段的長(zhǎng)度(長(zhǎng)度的獲取可以根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)提供的方法計(jì)算得到)之比將縱向基準(zhǔn)線PcO上中心區(qū)域線段包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)擴(kuò)展到周圍畸變區(qū)域內(nèi)包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，得到各線段Wi(i＝0，-1，1，-2，2，...)的長(zhǎng)度，因各虛擬網(wǎng)格點(diǎn)都分布在縱向基準(zhǔn)線PcO上，可計(jì)算得到縱向基準(zhǔn)線PcO上第i點(diǎn)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)O(u′b，v′b)的距離為 TWi＝W0+W1+…Wi-1(i＝1，-1，2，-2…) 利用縱向基準(zhǔn)線PcO的斜率計(jì)算得到該縱向基準(zhǔn)線上包含的所有虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Ai(u′i，v′i)坐標(biāo) 其中，

為縱向基準(zhǔn)線的斜率。
接著，對(duì)橫向基準(zhǔn)線上包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，構(gòu)建橫向基準(zhǔn)線上除上述包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，即構(gòu)建該橫向基準(zhǔn)線在中心區(qū)域之外的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，具體過程如下 依據(jù)共線的等距線段成像的比例關(guān)系，可得到橫向基準(zhǔn)線PrO上第j(j＝0，-1，1，-2，2，...)個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Bj(u′j，v′j)與基準(zhǔn)點(diǎn)O(u′b，v′b)的距離為 TWj＝W0+W1+…Wj-1(j＝1，-1，2，-2…) 則該橫向基準(zhǔn)線上第j個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Bj(u′j，v′j)的無畸變虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)為 式中，

為橫向基準(zhǔn)線的斜率。
然后，根據(jù)構(gòu)建的橫向基準(zhǔn)線以及縱向基準(zhǔn)線上包含的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建虛擬網(wǎng)格中的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，即構(gòu)建除該橫向基準(zhǔn)線以及縱向基準(zhǔn)線上的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，具體過程如下 連接獲取的縱向基準(zhǔn)直線上擴(kuò)展的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Ai(u′i，v′i)(i＝0，1，-1，2，-2…)和消隱點(diǎn)Pr(u′r，v′r)，得到相交直線束中第i條直線AiPr的直線方程 連接獲取的橫向基準(zhǔn)直線上擴(kuò)展的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Bj(u′j，v′j)(j＝1，-1，2，-2…)和消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)，得到另一相交直線束中第j條直線BjPc的直線方程 設(shè)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格是由M×M個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)成，則第(j，i)個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的無畸變坐標(biāo)可通過上述兩直線束中第j條直線BjPc和第i條直線AiPr的交點(diǎn)得到，第(j，i)個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)(u′j，i，v′j，i)的無畸變坐標(biāo)為 這樣，利用上述公式可以得到虛擬網(wǎng)格中的各個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的無畸變像點(diǎn)坐標(biāo)。
下面對(duì)共線的等距線段成像的比例關(guān)系進(jìn)行說明。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算共線的等距線段成像的比例關(guān)系示意圖。參見圖6，不失一般性，選擇標(biāo)定板平面(物平面)內(nèi)的過基準(zhǔn)點(diǎn)的任一直線MN，分析其上等距線段(長(zhǎng)度為D)與像面上對(duì)應(yīng)成像線段(長(zhǎng)度為W)之間關(guān)系，過光軸OP做垂直于標(biāo)定板平面(物平面)的空間平面zO′x，其中點(diǎn)O′為光軸與標(biāo)定板平面的交點(diǎn)，定義點(diǎn)O′到像面的距離為L(zhǎng)0，由于平面zO′x與物平面垂直，定義物平面與該平面相交于直線O′n；同時(shí)在平面zO′x做直線O′x上OP，建立以點(diǎn)O′為原點(diǎn)，以O(shè)′x為橫軸，以zO′為縱軸的輔助坐標(biāo)系。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以證明，像平面與物平面的交線PWPI與直線O′n垂直。由于平面zO′x垂直于物平面，且平面zO′x垂直于像平面，根據(jù)直線O′n和直線O′x的定義，可證明直線O′x與直線O′n的夾角等于物像平面之間的夾角α。同樣可證明直線O′x為物平面在平面zO′x內(nèi)的投影，坐標(biāo)系中直線O′n的方程可表示為 z＝xtanα 令直線MN上，以基準(zhǔn)點(diǎn)為端點(diǎn)的線段為第0線段，其與像面的距離為L(zhǎng)0，則第i線段與第i+1線段與像面的距離可根據(jù)下述公式計(jì)算 Li＝L0-i×D×sinα Li+1＝L0-(i+1)×D×sinα 由于透鏡焦距不變，線段長(zhǎng)度相等，則像的長(zhǎng)度與物距成反比，即 利用該遞推公式

可得到 式中，i＝0，-1，1，-2，2，...。
將公式

代入公式

中，可得到成像直線M′N′上第i條線段與第0條線段的長(zhǎng)度關(guān)系式 該公式描述了共線的等距線段成像的比例關(guān)系。
步驟206，根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)； 本步驟中，由相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)可知，兩垂直直線的消隱點(diǎn)、像主點(diǎn)及攝像機(jī)主距之間滿足如下關(guān)系 (u0-um)2+(v0-vm)2+f2＝R2 其中， (u0，v0)為像主點(diǎn)P的像面坐標(biāo)，即像面的幾何中心，(u′r，v′r)，(u′c，v′c)分別為縱向消隱點(diǎn)以及橫向消隱點(diǎn)的坐標(biāo)，f為主距。
這樣，將由上述公式計(jì)算得到的縱向、橫向消隱點(diǎn)坐標(biāo)代入公式(u0-um)2+(v0-vm)2+f2＝R2，可計(jì)算得到攝像機(jī)的主距f。
所應(yīng)說明的是，步驟205和步驟206之間并沒有先后順序之分，步驟206也可以在步驟205前執(zhí)行。
步驟207，根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。
攝像機(jī)的透鏡畸變主要由徑向畸變和切向畸變?cè)斐?，根?jù)相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，其圖像畸變模型的畸變公式可近似表示為 其中，(u′，v′)表示構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中無畸變虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)； (u，v)表示虛擬網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo)； (μ0，v0)為像主點(diǎn)坐標(biāo)； ρ是標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)到像主點(diǎn)(μ0，v0)的距離
k1，k2，k3為徑向畸變系數(shù)； p1，p2為切向畸變系數(shù)。
設(shè)

表示標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)的圖像畸變值，即畸變值等于構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)值與標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)坐標(biāo)值的差。
將上述畸變公式改寫為 這樣，將虛擬網(wǎng)格中各虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)和該虛擬網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo)代入該公式，利用最小二乘法計(jì)算各畸變參數(shù)，即可標(biāo)定出攝像機(jī)畸變系數(shù)k1，k2，k3，p1，p2。
至此，本發(fā)明實(shí)施例的標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法流程結(jié)束。
下面舉一具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行說明。
選擇大尺寸測(cè)量中數(shù)碼相機(jī)Nikon D100，其鏡頭焦距為20.0mm，像面分辨率為3008×2000，像敏面面積23.7mm×15.6mm。數(shù)碼相機(jī)Nikon D100拍攝得到的標(biāo)定靶圖像如圖1所示，該標(biāo)定靶圖像點(diǎn)陣是由相距40mm的直徑為16mm的實(shí)心圓點(diǎn)構(gòu)成，共計(jì)19行29列，為了獲得全面的校正信息，拍攝時(shí)盡量使圖像充滿整個(gè)像面，從而可以得到像面不同位置上的畸變情況，利用亞像素技術(shù)對(duì)數(shù)碼相機(jī)Nikon D100拍攝后的標(biāo)定靶圖像進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)中心的自動(dòng)化檢測(cè)。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)標(biāo)定靶圖像進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)得到的成像中心結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖7，成像中心共計(jì)19行29列。通過放大觀察，可以看出，攝像機(jī)鏡頭存在著明顯的畸變。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例利用標(biāo)定靶圖像中間區(qū)域畸變?yōu)榱愕奶匦砸约跋[點(diǎn)理論構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格與標(biāo)定靶圖像的比較示意圖。參見圖8，圖中，“*”表示標(biāo)定靶圖像成像位置，“+”代表校正后的標(biāo)定靶圖像像點(diǎn)位置，即構(gòu)建的無畸變的虛擬網(wǎng)格。經(jīng)過計(jì)算比較，構(gòu)建的無畸變的虛擬網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)與實(shí)際的標(biāo)定靶物理網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)相吻合。
根據(jù)圖8所示的標(biāo)定靶圖像成像位置與校正后的標(biāo)定靶圖像像點(diǎn)位置，利用本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法計(jì)算得到的攝像機(jī)(數(shù)碼相機(jī)Nikon D100)參數(shù)如表1所示。
表1 表1中，虛擬網(wǎng)格法上一欄為利用現(xiàn)有技術(shù)得到的攝像機(jī)參數(shù)，由于攝像機(jī)各參數(shù)通過相互關(guān)聯(lián)的方程組求解，相比于本發(fā)明分別獨(dú)立標(biāo)定的攝像機(jī)參數(shù)，其攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定精度較低、畸變校正效果較差。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖9，該裝置包括標(biāo)定靶圖像獲取模塊、像素點(diǎn)坐標(biāo)信息獲取模塊、虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊、消隱點(diǎn)信息獲取模塊、虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建模塊、存儲(chǔ)模塊以及攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊，其中， 標(biāo)定靶圖像獲取模塊，用于獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像； 像素點(diǎn)坐標(biāo)信息獲取模塊，用于獲取標(biāo)定靶圖像中各像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息，將標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息分別輸出至虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊及消隱點(diǎn)信息獲取模塊； 虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊，根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)； 消隱點(diǎn)信息獲取模塊，用于根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息組成直線束，求解直線束組成的超定方程組獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)； 虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建模塊，用于將像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)作為基準(zhǔn)直線上的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的共線的等距線段成像的比例關(guān)系信息，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)； 存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)共線的等距線段成像的比例關(guān)系信息； 攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊，用于根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)，根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法，其特征在于，該方法包括
獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像；
獲取標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)；
根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)；
根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)；
根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬無畸變網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)；
根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)；
根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)包括
在待構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中獲取像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)；
分別擬合虛擬網(wǎng)格中行向和列向虛擬網(wǎng)格點(diǎn)直線方程；
分別獲取擬合的行向和列向直線方程中曲率最小的直線方程；
根據(jù)獲取的曲率最小的直線方程獲取基準(zhǔn)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)最小二乘法分別擬合所述虛擬網(wǎng)格中行向和列向虛擬網(wǎng)格點(diǎn)直線方程。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過計(jì)算虛擬網(wǎng)格中各相應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的擬合直線間的距離的平方和獲取該擬合曲線的曲率。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)獲取的曲率最小的直線方程獲取基準(zhǔn)點(diǎn)包括
選取曲率最小的行向直線方程對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格行與曲率最小的列向直線方程對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格列對(duì)應(yīng)的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)；或
選取曲率最小的行向直線方程與曲率最小的列向直線方程的交點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)組成行向和列向直線束，分別求解行向和列向直線束組成的超定方程組，獲取所述消隱點(diǎn)坐標(biāo)。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)包括
連接獲取的橫向基準(zhǔn)直線上擴(kuò)展的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Ai(u′i，v′i)(i＝0，1，-1，2，-2…)和縱向消隱點(diǎn)Pr(u′r，v′r)，得到相交直線束中第i條直線AiPr的直線方程
連接獲取的縱向基準(zhǔn)直線上擴(kuò)展的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)Bj(u′j，u′j)(j＝1，-1，2，-2…)和橫向消隱點(diǎn)Pc(u′c，v′c)，得到另一相交直線束中第j條直線BjPc的直線方程
計(jì)算第(j，i)個(gè)虛擬網(wǎng)格點(diǎn)(u′j，i，v′j，i)的無畸變坐標(biāo)，計(jì)算公式為
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)的公式為
(u0-um)2+(v0-vm)2+f2＝R2
其中，
(u0，v0)為像主點(diǎn)P的像面坐標(biāo)，(u′r，v′r)，(u′c，v′c)分別為縱向消隱點(diǎn)以及橫向消隱點(diǎn)的坐標(biāo)，f為主距。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算攝像機(jī)畸變參數(shù)的公式為
其中，(u′，v′)表示構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格中無畸變虛擬網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)；
(u，v)表示虛擬網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo)；
(μ0，v0)為像主點(diǎn)坐標(biāo)；
ρ是標(biāo)定靶圖像中像素點(diǎn)到像主點(diǎn)(μ0，v0)的距離
k1，k2，k3為徑向畸變系數(shù)；
p1，p2為切向畸變系數(shù)。
10.一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的裝置，其特征在于，該裝置包括標(biāo)定靶圖像獲取模塊、像素點(diǎn)坐標(biāo)信息獲取模塊、虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊、消隱點(diǎn)信息獲取模塊、虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建模塊、存儲(chǔ)模塊以及攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊，其中，
標(biāo)定靶圖像獲取模塊，用于獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像；
像素點(diǎn)坐標(biāo)信息獲取模塊，用于獲取標(biāo)定靶圖像中各像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息，將標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息分別輸出至虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊及消隱點(diǎn)信息獲取模塊；
虛擬網(wǎng)格基準(zhǔn)點(diǎn)信息獲取模塊，根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)；
消隱點(diǎn)信息獲取模塊，用于根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息組成直線束，求解直線束組成的超定方程組獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)；
虛擬網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)建模塊，用于將像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)作為基準(zhǔn)直線上的虛擬網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的共線的等距線段成像的比例關(guān)系信息，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)；
存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)共線的等距線段成像的比例關(guān)系信息；
攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定模塊，用于根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)，根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)的方法及裝置，獲取需要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定靶圖像；獲取標(biāo)定靶圖像中像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)的坐標(biāo)獲取待構(gòu)建虛擬網(wǎng)格的基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)像主點(diǎn)附近無畸變區(qū)域像素點(diǎn)信息獲取消隱點(diǎn)坐標(biāo)；根據(jù)獲取的基準(zhǔn)點(diǎn)、消隱點(diǎn)以及預(yù)先獲取的共線的等距線段成像的比例關(guān)系，建立虛擬網(wǎng)格中除基準(zhǔn)直線上虛擬網(wǎng)格點(diǎn)之外的其它虛擬網(wǎng)格點(diǎn)；根據(jù)獲取的消隱點(diǎn)以及像主點(diǎn)信息計(jì)算攝像機(jī)主距參數(shù)；根據(jù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)格以及標(biāo)定靶圖像計(jì)算攝像機(jī)畸變系數(shù)。應(yīng)用本發(fā)明，可以分別獨(dú)立標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)，從而提高攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定精度。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101794449SQ20101014476
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者王永強(qiáng), 楊智誠(chéng), 許小京, 黃威, 黎智輝 申請(qǐng)人:公安部物證鑒定中心