[发明专利]一种基于LCD的数码相机非线性标定方法

摘要

本发明属于测量标定技术领域，涉及一种用单个数码相机拍摄一组基于LCD的图像进行相机内外参数求解的标定过程，特别是一种基于LCD的数码相机非线性标定方法，该方法设计并编程绘制标定表，标定表具有不同大小的圆形标记点，把标定表显示在液晶显示器屏幕上，然后以数码相机，绕光轴旋转的方式对其拍摄图像，再利用拍摄得到的几幅图像计算相机的内外参数；利用液晶显示器完整的纯平面性以及圆点易于检测中心定位高和亚像素边缘轮廓提取图像中的亚像素轮廓边缘，再采用非线性优化方法获得数码相机参数的标定结果，其具有定标方法简便易行，使用设备小巧灵便，标定精度好，质量好，优化程度强等优点。

主权项

1、一种基于LCD的数码相机非线性标定方法，包括绘制标定表并拍摄图像、获取特征圆点圆心的亚像素图像坐标、图像点与空间点对应和相机参数计算四个过程；其特征在于绘制标定表并拍摄图像：利用圆点易于检测、中心定位高的优点，设计具有不同大小圆形特征点的标定表，其中5个大圆的直径大于其它各圆直径，不对称分布的5个大圆点所处的位置区分其各自的身份，或用于标定表坐标轴的确定和其它各圆点的定位与身份识别；把编程绘制的标定表显示在液晶显示器屏幕上，利用数码相机进行拍摄，得到标定表的图像，标定表上的圆点成像后为椭圆；LCD显示屏的观察屏幕视角为60°-170°，从不同角度对屏幕进行拍摄的图像清晰度不同，并影响图像边缘的提取精度，进而影响标定精度；数码相机的光轴垂直于LCD屏幕，采用数码相机绕光轴旋转对其拍摄获取3-4幅图像即可进行高精度的标定；获取特征圆点圆心的亚像素图像坐标：先把拍摄得到的彩色图像转化为灰度图像，再采用高斯滤波对图像进行平滑处理，抑制噪声，改善图像质量；然后用亚像素边缘轮廓检测算法检测图像中的亚像素边缘轮廓；最后采用最小二乘椭圆拟合法提取图像中所有的椭圆目标，得到椭圆中心坐标即圆点中心的图像坐标；采用基于亚像素的边缘轮廓检测算法，使得图像边缘的定位精度达到亚像素级，提高椭圆中心定位精度，进而提高数码相机标定的精度；图像点与空间点对应：根据两圆心之间的距离以及两圆心连线的平行性识别标定表上不对称分布的5个大圆，然后利用识别出的5个大圆确定其它各小圆的位置，比较计算出的图像点与识别出的图像点，从而确定各个图像点与空间点的对应；采用的图像点与空间点的对应算法只要识别出5个大圆的圆点坐标，利用5个大圆的定位作用自动建立图像中其它被识别出的图像点与其空间点坐标之间的对应；在某些点不可见或没有被提取时建立图像点与空间点的对应；相机参数计算：分为考虑镜头畸变或不考虑镜头畸变两种状态情形进行模拟计算，先进行相机参数及畸变系数的初估再对相机参数进行优化。