[发明专利]分离圆的公共自极三角形及正交消失点标定针孔摄像机

摘要

本发明涉及一种利用分离圆的公共自极三角形及正交消失点标定针孔摄像机的方法。首先，分别从这一幅图像中提取靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得圆像方程。根据任意两个分离圆像都有唯一的公共自极三角形，可以得到这一对分离圆像的一组对应的极点与极线。同时这条极线是经过这两个圆的圆心的像，且这个极点是一个消失点。消失点关于分离圆像有一条极线，这条极线经过圆心的像与圆像交与两个点，利用两交点与圆心的像以及这条极线方向上的消失点调和共轭的性质可以得到圆心的像以及消失点，得到的两个消失点是一组正交消失点。那么六幅图像可以得到六组正交消失点，从而利用正交消失点与绝对二次曲线的像的约束求解针孔摄像机内参数。

主权项

1.一种利用分离圆的公共自极三角形及正交消失点标定针孔摄像机的方法，其特征在于由平面上的一对分离圆作为靶标；所述方法的具体步骤包括：首先，分别从这一幅图像中提取靶标图像边缘点，使用最小二乘法拟合获得圆像方程；根据任意两个分离圆像都有唯一的公共自极三角形，以得到这一对分离圆像的一组对应的极点与极线；同时这条极线是经过这两个圆的圆心的像，且这个极点是一个消失点；消失点关于分离圆像有一条极线，这条极线经过圆心的像与圆像交与两个点，利用两交点与圆心的像以及这条极线方向上的消失点调和共轭的性质以得到圆心的像以及消失点，得到的两个消失点是一组正交消失点；那么六幅图像以得到六组正交消失点，从而利用正交消失点与绝对二次曲线的像的约束求解针孔摄像机内参数；(1)得到公共极点设O_c‑x_cy_cz_c为摄像机坐标系，O_w‑x_wy_wz_w为世界坐标系，设平面π上的圆C在针孔摄像机模型下的成像为像平面π'上的圆像c；则圆C上任意一点A与圆像c上的像点m_A满足m_A＝K_c[R|t]A，其中R和t分别为摄像机坐标系与世界坐标系之间的变换关系的旋转矩阵和平移向量；若令以O_c为光心的摄像机的内参数矩阵为其中r_c是纵横比，f_c是有效焦距，s是倾斜因子，[u₀ v₀ 1]^T是摄像机主点p的齐次坐标矩阵形式，其中r_c,f_c,u₀,v₀,s为摄像机的5个内参数；利用Matlab中的Edge函数提取每幅图像中的靶标图像边缘点的像素坐标，通过最小二乘法拟合得到相应的二次曲线方程；这里用其中n＝1,2,3,4,5,6表示，其中下、上标分别为第n幅图像中第一个圆像的系数矩阵，其中n＝1,2,3,4,5,6表示，其中下、上标分别为第n幅图像中第二个圆像的系数矩阵；本文为了简化表述，用相同字母表示曲线和它的系数矩阵；由于是分离的圆像，则都有唯一的公共自极三角形，且极点是的一个特征向量，也是一个消失点；(2)得到另外一个消失点获得的公共极点后，根据该极点分别对应于有一条极线，这一条极线交有两个交点，且过的圆心的像，根据两个交点与圆心的像以及这条极线方向上的消失点调和共轭的性质以得到圆心的像以及这条极线方向上的消失点，且得到的这个消失点与的公共极点是一组正交消失点。