[发明专利]基于光场分布的合成孔径相机标定方法

摘要

本发明属于精密测量技术领域，具体为一种基于光场分布的合成孔径相机标定方法。本发明方法步骤为：为了克服针孔相机模型的光瞳像差问题，将成像光瞳分割为多个子光瞳，按照实际光场分布，将成像传感器分割为子光瞳对应的不同成像区域；结合合成孔径相机模型联合标定优化，构建一个更符合实际成像过程的相机模型。本发明可有效消除单个针孔成像假设造成的光瞳像差，克服单目视觉的方向歧义性；对于提高摄影测量技术的测量精度有重要意义。

主权项

1.一种基于光场分布的合成孔径相机标定方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)基于光场分布的像面分割；利用数字微镜阵列DMD将成像光瞳进行采样，结合压缩感知技术计算成像系统的光场分布；然后计算经过每个子光瞳的成像主光线，将像面分割为多个对应子光瞳的子区域，将每个子光瞳假设为一个针孔模型；(2)相机参数初始估计；使用LCD屏幕生成标志点图案作为标定板，并放置在不同的位置处拍摄标定图像；使用张正友标定法估算相机的内参ins_c和每个位置处的标定板外参{R_w2c|T_w2c}；标定板的成像过程表示为：其中，(X_w,Y_w,Z_w)是标定板上标志点的世界坐标，(μ,v)是该标志点在CCD上的像素坐标，Z_c是该标志点在相机坐标系下的Z轴坐标，(f_x,f_y)是相机焦距，(μ₀,v₀)是光轴在图像坐标的偏移量；LCD屏幕的像素坐标(μ_s,v_s)到世界坐标(X_w,Y_w)的转换关系如下：其中，假设标定板所在平面为XY平面，所以Z_w设为0，(m,n)为屏幕的像素尺寸，(d_x,d_y)为标定板世界坐标原点的像素偏移量；(3)合成孔径相机模型联合标定优化；在所提模型中每个子光瞳的内参不一致，每个位置处的标定板到所有子光瞳的外参也不一致，所以对每个子光瞳的内外参数进行优化；在每个位置处的标定板在相机对应像面子区域分别选取q个标志点；待优化的目标方程如下：其中，x＝{{ins_c,R_w2c,T_w2c}_ij,ins_s}为待优化的变量，ins_s＝{m,n}为LCD屏幕标定板的待优化参数，i为子光瞳的编号，j为标定板的位置编号，是第i个子光瞳对应的第j个位置处标定板的第k个标志点的真实成像坐标，是第i个子光瞳对应的第j个位置处标定板的第k个标志点的重投影坐标；公式(3)是非线性最小二乘问题，使用Levenberg‑Marquardt算法解决该问题；步骤(2)中的张正友标定法所提供的相机内外参数作为Levenberg‑Marquardt优化过程的初始解；(4)根据已得到的每个子光瞳的外参{R_w2c|T_w2c}将每个子光瞳统一到中心光瞳的坐标系下：其中，是第i个光瞳坐标系到中心光瞳坐标系的旋转矩阵，是第i个光瞳坐标系到中心光瞳坐标系的平移矩阵，和是世界坐标系到中心光瞳坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，和是同一个世界坐标系到第i个光瞳坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。