[发明专利]摄像机投影变换中圆形标志点的圆心偏差修正方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理领域，尤其涉及一种摄像机投影变换中圆形标志点的圆心偏差修正方法及系统。

背景技术

在计算机视觉和三维检测中，圆形标志点被广泛用于系统参数的标定和深度数据的全局匹配。在实际中需要在摄像机所成的数字图像中高精度地确定圆形标志点的圆心的图像坐标，一般都是通过拟合圆形标志在图像中所成的椭圆中心来直接确定标志点圆心的投影点。但是当摄像机的成像平面与标志点所在的物平面不相平行时，图像中椭圆的中心并非圆形标志点经过摄像机投影变换后在像平面上的投影点，这就是投影变换的圆心偏差。如图1所示为现有的透视投影偏差的示意图，ACD所在平面为物平面，A'C'D'所在平面为像平面，在摄像机小孔模型的透视投影下，半径为r的圆形标志点ACD，在摄像机所得到的图像中为长轴半径为a的椭圆A'C'D'。但是椭圆中心B′与圆心真实投影点C'并不重合，具有误差ε，所以就会产生在摄像机投影中圆形标志点的圆心偏差。对于此圆心偏差的修正，文献“A Four-step Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction”(IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR’97)，1997，485-502)首先通过摄像机的标定技术获得人工标志点与摄像机之间的相对关系，然后再进行第二次的标定才能进行圆心偏差的修正，这种方法的需要对摄像机的参数进行标定才能修正圆心偏差，计算量比较大。文献“圆形目标精密定位方法的研究与应用”(仪器仪表学报，2009，30(12)：2593-2598)提出了一种基于投影变换的交比不变性来进行圆心的误差修正，该方法设置了同心圆，利用同心所成的两个椭圆中心连线与两个椭圆所成的四个交点，然后再利用投影变换的交比不变性的原理，确定标志点圆心的投影坐标。该方法需要利用大小两个椭圆中心来拟合通过这两个中心的直线方程，再求这直线与大小两个椭圆的交点，在实际中两个椭圆中心的距离通常很小，两个距离很近的点来拟合直线，这对两个椭圆圆心的精度要求很高，鲁棒性不是很好。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种摄像机投影变换中圆形标志点的圆心偏差修正方法，旨在通过设置同心圆的方法，利用大小两个椭圆的线性组合来解决标志点圆心在像平面上投影的真实位置的修正问题。

本发明是这样实现的，一种摄像机投影变换中圆形标志点的圆心偏差修正方法，包括以下步骤：

步骤A，设置与背景颜色不同且形状呈同心圆环状的圆形标志点，同心圆环中的大圆半径和小圆的半径分别设定为r₁、r₂；

步骤B，利用摄像机拍摄所述圆形标志点，对拍摄得到的圆形标志点图像的边沿进行亚像素定位，根据定位的亚像素边沿拟合出大小两个椭圆，圆心坐标分别C₁(u_B1,v_B1)、C₂(u_B2,v_B2)；

步骤C，根据步骤A中得到的同心圆环中的大圆半径r₁和小圆的半径r₂和步骤B中得到的大小两个椭圆中心的坐标C₁(u_B1,v_B1)，C₂(u_B2，v_B2)，修正标志点圆心经过摄像机投影变换后在像平面上的真实投影点的图像坐标。

进一步地，所述步骤B包括以下步骤：

步骤B1，对摄像机拍摄的图像进行滤波以去除图像的噪声对边沿检测精度的影响；

步骤B2，对步骤B1滤波后的图像进行边沿检测，得到像素级别的椭圆边沿；

步骤B3，通过判断步骤B2中得到的边沿是否闭合来剔除其他非闭合边沿的干扰；

步骤B4，将步骤B3中的闭合边沿属于大圆和小圆的部分分别标记为大圆集合和小圆集合；

步骤B5，分别对步骤B4中得到的两集合中的每个闭合边沿进行亚像素定位；

步骤B6，对步骤B5中得到的椭圆亚像素边沿进行最小二乘拟合，得到大椭圆中心C₁(u_B1，v_B1)，小椭圆中心C₂(u_B2,v_B2)。