[发明专利]一种基于球体投影公切线的多相机标定及参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于球体投影公切线的多相机标定及参数优化方法，具体步骤为：1、依据球体投影公切线的交点和球心投影点共线的原理，获得球心投影在相平面的坐标；2、结合球心投影，通过绝对二次曲线的像和球体投影之间的代数关系，求得相机的内外参数；3、使用椭圆形状参数表示球体的投影，并依此将投影曲线和其重投影之间的误差划分为相对独立的两部分，采用非线性优化方法对两部分偏差逐步优化获得相机最终的标定结果；4、将多相机的标定结果通过匹配方法统一到同一世界坐标系下，完成多相机的标定。本发明方法求解过程保留了参数几何意义，标定精度高，能简便高效的完成多相机的同时标定。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，具体涉及一种采用球体作为标定物的多相机参数标定以及参数优化方法。

背景技术

相机标定是三维重建中的重要步骤，其目的是为了恢复相机模型的内外参数，以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。通常，相机标定可分为两大类：一类是基于已知某些几何尺寸信息的标定物，如棋盘格等；另一类是不借助任何标定物的自标定方法。随着现代视觉应用的迅速发展，多相机系统已经越来越普遍。而采用一般的标定物对多相机进行标定，由于标定物上的点并不能在所有相机视角中可见，标定过程一般繁琐低效；而且设计定制相应的标定物也较为困难，造价昂贵；使用自标定方法的标定精度亦无法满足应用需求。本发明使用球体作为标定物，其制造简单，且具备在任意方向观察时具有一致性外观(各向同性)的特性，适合置于多相机的公共视野中实现多相机的同时标定。

使用球体进行参数标定的基本原理是获得关于绝对二次曲线的像(IAC,Image ofAbsolute Conic)的约束从而求解相机的内参数，其方法大致可以分为非线性方法和线性方法。在非线性方法中，首先通过小孔模型建立球体投影与IAC之间的代数关系，参见文献asemi-definite programming approach[C].International Conference on ComputerVision,2003:782-789，再使用非线性的方法计算出相机参数；此类方法在解算过程中需要额外估计除相机参数以外的其它参数，计算量大，过程复杂，并且在图像噪声较大时可能出现无法求解的问题。线性方法可以克服非线性方法的缺陷，比较常见的线性方法有标量法和正交法。标量法仍然基于球体投影和IAC的约束，利用消元法或者秩1约束线性求解相机参数，参见文献Linear approaches to camera calibration from sphere images oractive intrinsic calibration using vanishing points[C].internationalconference on computer vision,2005:596-603，但在实际中，由于代数误差的影响，这些解通常不稳定。正交方法是利用点与直线之间关于IAC的对极(pole-polar)关系求解相机参数，参见文献Linear approaches to camera calibration from sphere images oractive intrinsic calibration using vanishing points[C].internationalconference on computer vision,2005:596-603，这类方法不仅能够线性求解参数，还解释了线性约束的几何意义，但该方法只关联到球体投影的外轮廓曲线，轮廓检测和曲线拟合的精度对其结果影响较大。