[发明专利]一种基于空间平面单应不动点约束的光场相机标定方法

说明书

本发明涉及一种基于空间平面单应不动点约束的光场相机标定方法，所述标定方法包括：步骤1，采用标定平面的n幅光场图像，计算每幅光场图像中标定平面的单应矩阵；步骤2，根据单应矩阵的不动点约束确定每幅光场图像的主线方程；步骤3，根据主线方程计算光场相机的主点及每幅光场图像的主点偏移；步骤4，采用单应矩阵及主点计算焦距；步骤5，计算光场相机的旋转矩阵、平移向量及光场图像的平移参数；步骤6，建立射线重投影非线性优化函数，最终获取光场相机的最优内参数；所述标定方法基于空间平面单应不动点性质诱导出主线方程与单应矩阵的约束关系，且利用约束关系标定光场相机，标定精度高，具有普适性。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于空间平面单应不动点约束的光场相机标定方法。

背景技术

计算机视觉的关键任务是理解及处理输入的二维图像，获取二维图像中的可用信息，但它最终目的是使计算机具有通过二维图像认知三维世界的能力，这种能力不仅使机器能够感知包括形状、姿态、运动等在内的三维环境中物体的几何信息，而且能对物体的几何信息进行描述、存储、识别与理解。在图像测量过程及机器视觉应用中，为确定空间物体的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，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型的参数是相机参数。相机参数可分为内参数及外参数两类，内参数描述成像系统的成像几何特性，外参数描述成像系统关于世界坐标系的方向及位置。无论是在图像测量还是机器视觉应用中，相机参数的标定均是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。这是目前相机标定所追求的目标，也是目前计算机视觉领域研究的热点。

现有的光场相机的标定技术存在三个主要问题：第一，没有直接得到三维空间点与每幅光场图像上的像点的单应关系；第二，在随机手动拍摄不同位姿的标定图像时，可能会获得这一过程的随机性将产生不良的图像数据，没有一个有效的标定方法剔除野值图像；第三，在拍摄过程中，可能会存在调节焦距的情况。但现有的光场相机的标定方法只适用于固定焦距的情况。此外，还有一些算法假设图像中心为相机主点，从而会简化标定流程，但这样会带来标定结果的误差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于空间平面单应不动点约束的光场相机标定方法，所述标定方法包括如下步骤：

步骤1，采用标定平面的n幅光场图像，计算每幅光场图像中标定平面的单应矩阵；

步骤2，根据单应矩阵的不动点约束确定每幅光场图像的主线方程；

步骤3，根据主线方程计算光场相机的主点及每幅光场图像的主点偏移；

步骤4，采用单应矩阵及主点计算焦距；

步骤5，计算光场相机的旋转矩阵、平移向量及光场图像的平移参数；

步骤6，建立射线重投影非线性优化函数，最终获取光场相机的最优内参数。

进一步地，步骤1中每幅光场图像中标定平面的单应矩阵，包括：

步骤1.1，输入棋盘格的n幅原始光场图像；

步骤1.2，采用MATLAB光场解码工具包对n幅原始光场图像进行解码，获得光场图像；

步骤1.3，采用MATLAB光场解码工具包中的角点提取函数提取棋盘格的n幅原始光场图像的角点坐标；

步骤1.4，采用直接线性变换DLT算法计算每幅光场图像中标定平面的单应矩阵。

进一步地，步骤2中根据单应矩阵的不动点约束确定每幅光场图像的主线方程，包括：