[发明专利]单个球的公共自极三角形及正交消失点标定抛物摄像机

摘要

本发明是利用单个球的公共自极三角形及正交消失点标定抛物摄像机的方法。首先，分别从这一幅图像中提取球像边缘点和镜面轮廓投影边缘点。根据任意两个分离球像都有唯一的公共自极三角形，可以得到这球像与其对拓球像的一组对应的极点与极线。同时这条极线是经过这个两个球的球心的像，且这个极点是一个消失点。消失点关于球像有一条极线，这条极线经过球心的像并与球像交于两个点，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抛物摄像机内参数。

主权项

1.一种利用单个球的公共自极三角形及正交消失点标定抛物摄像机的方法，其特征在于由空间中的单个球作为靶标；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和镜面轮廓投影边缘点，使用最小二乘法拟合获得球像方程和镜面轮廓投影方程；根据任意两个分离球像都有唯一的公共自极三角形，以得到这球像与其对拓球像的一组对应的极点与极线；同时这条极线是经过这个两个球的球心的像，且这个极点是一个消失点；消失点关于球像有一条极线，这条极线经过球心的像并与球像交于两个点，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抛物摄像机内参数；(1)得到公共极点与极线空间中的球Q，在抛物折反射摄像机的单位球模型下的投影分为两步；第一步，将球Q投影为以O为中心的单位视球上形成两个异面平行的小圆和其中n＝1,2,3表示拍摄的三幅图像，称为和一对对拓圆；这里假设以单位视球中心O为原点的坐标系为世界坐标系，第二步，两个平行的小圆和通过一个虚拟摄像机光心O_c投影到像平面上形成两条二次曲线称见到的二次曲线为球像，不见的二次曲线为球像的对拓球像；这里假设以投影中心O_c为原点的坐标系为摄像机坐标系；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o的齐次坐标矩阵形式；利用Matlab中的Edge函数提取图像中的靶标图像边缘点和镜面轮廓投影边缘点的像素坐标，通过最小二乘法拟合得到相应的二次曲线方程；这里用C₀表示镜面轮廓投影系数矩阵，分别表示第n幅图像中的球像系数矩阵，分别表示第n幅图像中的对拓球像系数矩阵；本文为了简化表述，用相同字母表示曲线和它的系数矩阵；设单个球像与其对拓球像由于是分离的球像，则都有唯一的公共自极三角形，且极点是的一个特征向量；(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。