[发明专利]一种单线阵相机单应性矩阵H的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于相机标定邻域，涉及单线阵相机目标点到成像点的单应性矩阵H的计算方法。

背景技术

摄像机的标定是确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系。是依据建立的摄像机成像的几何模型，由已知特征点的图像坐标与世界坐标求解摄像机的参数模型。摄像机标定是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性将直接影响摄像机工作产生结果的准确性。因此，提高摄像机标定精度是摄像机标定的重点。

其中重要的一步就是目标点到成像点的单应性矩阵H。要得到单应性矩阵H，就需要知道目标点坐标和成像点坐标。所用方法利用标定板得到此两种点的坐标。目前常见的标点板有棋盘标定板，圆形标定板和等间距条纹标定板。棋盘标定板可很方便的得到目标点的坐标，如要得到准确成像点坐标，需要单线阵相机和标定板之间做相对匀速运动，这就导致系统复杂性增高。运用圆形标定板，如果单线阵相机和标定板之间做相对匀速运动的速度设定不好，得到的成像平面的圆就会变形，无法有效计算圆心，进而无法得到准确的成像点坐标。等间距条纹标定板可以快速得到目标点和成像点的x轴或y轴的值，但无法得到另一坐标轴的值。

综上，目前现有的单线阵相机目标点到成像点的单应性矩阵H的计算方法，还存在一些不足：单线阵相机和标定板之间做相对匀速运动，速度设定难。相机和标定板之间做相对非匀速运动，无法计算单应性矩阵H。

发明内容

本发明的目的是提供一种单线阵相机单应性矩阵H的计算方法，以达到相机和标定板之间做相对非匀速运动，也能够计算单线阵相机单应性矩阵H。

为实现上述目的，本发明的单线阵相机单应性矩阵H的计算方法，该方法采用特殊的4线标定板，利用单线阵相机的成像特点和共线4点的交比不变性，计算单线阵相机单应性矩阵H。该方法的步骤如下：

（1）运用Hough运算方法提取单线阵相机图像中的线条，任取像平面中的线条中的一行，将此行与拍摄到的4线条标定板的图像中4线相交，取交点为a、b、c和d；

（2）求取成像点a、b、c和d的交比。

（3）利用交比不变性得到成像点a、b、c和d相对应目标点A、B、C和D的交比，进而计算D点（x，y，z）坐标。

（4）将D点及D点相应的成像点坐标代入目标点到成像点的单应性矩阵H公式，可计算出相应的H矩阵。

所述的步骤（1）中4线条标定板，4条线满足以下规则：，，，，为可根据需求自设定。

所述步骤（2）中直线上四个点a、b、c和d的交比为，ac为a和c两点之间距离。bc、ad和bd同理。

所述步骤（3）中交比不变性为

所述步骤（3）中计算D点（x，y，z）坐标的步骤如下：

（1），考虑一个虚拟线D5，它与D1，D2，D3平行共面， D1，D2，D3和通过D点D5这四个平行线与y轴交点为A'、B'、C'和D'。有交比不变性，我们有

因此，

（2）A，B，C和D在标定板的四条标定线上，因此可得

进一步可得：

由于标定板4条标定线共面，在此标靶板空间坐标的z坐标为，为可根据需求自设定，可得D点（x，y，z）坐标。

所述步骤（4）中计算单应性矩阵H的步骤如下：

（1）由普通线阵相机单应性公式

推导出线单阵相机单应性公式

为尺度参数；

因此单应性矩阵H为

（2）由普通线阵相机单应性公式，根据目标点D（x，y，z）和相应的成像点坐标d（u），成像坐标的零坐标点为da方向的顶点，可计算出单应性矩阵H。本发明的有益效果是：本发明的单线阵相机单应性矩阵H的计算方法，采用特殊的4线标定板，利用单线阵相机的成像特点和共线4点的交比不变性，计算单线阵相机单应性矩阵H，解决了单线阵相机与标定板之间作非匀速运动无法计算单应性矩阵H的问题。本方法系统简单，限制条件少，对于单线阵相机标定的应用具有重要意义和实用价值。

附图说明

图1 是本发明方法流程示意图；

图2 是单线阵相机成像示意图；

图2中，F为线阵相机的焦点。a、b、c、d为图像点，A、B、C、D为图像点a、b、c、d相对应的目标点。A'、B'、C'和D'为A、B、C、D在y轴的值。D1，D2，D3，D4为共面的4条标定线，虚拟线D5过D点与D1，D2，D3平行共面的线。

具体实施方式