[发明专利]基于张角序列的像机标定异面控制点自动匹配方法

说明书

本发明公开一种基于张角序列的像机标定异面控制点自动匹配方法，包括：获取控制点和相机光心三维空间坐标以及控制点在像素坐标系下的二维图像坐标；获取三维控制点两两相对于相机光心的夹角，形成第一角度序列矩阵，获取该矩阵中的最大值；筛选出距离最远的两个二维控制点，得到像机的等效焦距；基于等效焦距得到二维控制点两两相对于相机坐标系原点的夹角，形成第二角度序列矩阵；基于第一角度序列矩阵与第二角度序列矩阵得到每一个三维控制点与所有二维控制点的距离矩阵；基于距离矩阵完成像机标定异面控制点的匹配。利用张角序列对于序列的不一致具有鲁棒性，同时除了像点误差、物点误差及光心初值误差以外，张角序列不会额外引入其他误差。

技术领域

本发明涉及像机标定点匹配技术领域，具体是一种基于张角序列的像机标定异面控制点自动匹配方法。

背景技术

摄像机标定是摄像测量的基础，在摄像测量中有重要的地位，在实际应用中，需要根据实际场景采用不同的标定方法，而其中基于三维异面控制点的标定方法是最常用的方法之一。在标定过程中，根据现场环境布置合作标志点，一般选用易于识别的对角标，利用全站仪获得合作标志点的三维坐标以及像机的位置，从图像中提取合作标志点的二维坐标，再利用三维点和二维点的对应关系解算像机参数。由于标定的标志点一般比较相似，而且是三维到二维的投影，所以用户经常需要一些额外的辅助工作才能将三维点和二维点准确地配对，无法完成自动标定，对于经验不够的用户来说有时很难正确的找到其对应关系。编码标志是一种比较常用的自动标定方案，但其对场景要求比较多，对成像清晰度、像机拍摄角度都有严格的要求，而对于双目交汇测量场景，很难保证很好的拍摄角度，另外在一些测量深度比较大、范围比较广或者无法找到合适的位置布置合作标志点的情况下，利用编码标志进行自动标定的方案就会失效。

标定点自动匹配是标定自动化中的关键步骤，它是摄像机标定的一个逆问题，因为若像机参数完全未知，则只能通过盲搜索的方法进行匹配，其采用随机抽取一些样本来进行模型匹配，然后进一步寻找满足该模型的点，在不考虑像机畸变的情况下，标定像机内外参数至少需要6个异面点，在已知光心初值的情况下需要4个异面点，在标定点比较多时随机配对的方法计算量巨大，以15个标定控制点为例，如果我们选取4个点，其可能的情况为种，如果我们选取6个点，则可能的情况为种，而每次选择都需要迭代以获取比较精确的解，并统计残差。如果点数更多将呈阶乘式增长。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于张角序列的像机标定异面控制点自动匹配方法，能够快速实现标定控制点的匹配且匹配过程简单高效。

为实现上述目的，本发明提供一种基于张角序列的像机标定异面控制点自动匹配方法，包括如下步骤：

步骤1，获取所有控制点和相机光心在世界坐标系下的三维空间坐标以及所有控制点在像素坐标系下的二维图像坐标；

步骤2，计算世界坐标系下所有三维控制点两两之间P_i、P_j相对于光心O_w的夹角∠P_iO_wP_j，形成N×N的第一角度序列矩阵[X_ij]_N×N，并获取矩阵[X_ij]_N×N中的最大值α_max，其中，N为控制点的总数，i＝1,2,3···，j＝1,2,3···，i≠j；

步骤3，筛选出像素坐标系下距离最远的两个二维控制点p_a、p_b，根据α_max与点p_a、p_b的二维图像坐标得到像机的等效焦距f；