[发明专利]一种基于单图片三圆模版的摄像头标定方法

摘要

本发明公开了一种基于单图片三圆模版的摄像头标定方法，它使用一幅简单的标准的标定图片，标准的标定图片中有三个圆心在同一条直线上的圆，并测量出三个圆之间的参数作为先验知识。摄像头拍摄的标定图片显示了三个椭圆，通过椭圆检测，椭圆曲线拟合和参数确定，椭圆参数的修正以及摄像头参数的标定等步骤，可以从单幅标定图中获得摄像头的焦距和其放置的高度。本发明具有只需要一张用于标定的摄像头拍摄的标定图片、就可得到摄像头的标定参数、标定图绘制过程简单方便、标定效果有所提高、实验精度非常高的优点。

主权项

一种基于单图片三圆模版的摄像头标定方法，其特征在于：具体步骤如下：A、绘制一张标准的标定图片，在标定图片中有三个半径一致的圆，且它们的圆心在同一条直线上，并测出两两相邻圆之间的距离Dcircle；B、对摄像头拍摄的标定图片进行椭圆检测，通过边缘检测和滤波方法在图像中提取出三个最大的连通域，提取出的三个连通域即是图片中的三个椭圆的边界；C、对步骤B中得到的三个椭圆进行椭圆参数的确定，使用直接最小二乘拟合椭圆法对椭圆进行拟合和参数确定，计算出中间的椭圆中心和摄像头透镜光心的连线的中间椭圆倾角所述的直接最小二乘拟合椭圆法，通过对每个椭圆分别进行拟合，得到拟合方程：X2+2HXY+EY2+2GX+2FY+C＝0，其中：(X,Y)＝(xcosθ‑ysinθ,ycosθ+xsinθ)以及X和Y分别是椭圆边界上像素的横纵坐标，H、E、G、F和C是描述椭圆曲线的五个参数，θ是旋转角度，x和y是旋转后对应的横纵坐标；则得到标准椭圆方程：x2+by2+cx+dy+e＝0，则椭圆的半长轴AE和半短轴BE为：其中：摄像头倾角满足：所述的拟合，在三个椭圆均放置在摄像头透镜光心附近的假设下进行；D、对步骤C中得到的椭圆参数如何进行修正和更新，计算出边上的椭圆中心和摄像头透镜光心的连线的边上倾角具体为：椭圆的参数误差表示为：Bt,side=BE,side1-tanφ1tanφ21+tan(φ1+φ2+φ3)tanφ3<BE,side,]]>At,side＝AE,sidecos(φ2+φ3)<AE，side，其中：Bt,side和BE,side分别是下边椭圆半短轴实际长度和计算估计长度，At,side和AE,side分别是下边椭圆半长轴实际长度和计算估计长度；φ1,φ2,φ3是倾角；其中φ1,φ2很小且接近，则得：椭圆参数b可得：其中bt,side是下边椭圆实际值，bside是下边椭圆计算估计值；该椭圆参数误差通过以下迭代过程进行消除：1)根据第n次迭代得到的计算摄像头倾角其中：即是步骤D中得到的下边椭圆的半短轴；2)计算其中是步骤C中得到的中间椭圆倾角；3)更新下边椭圆参数4)直到收敛，或者达到迭代次数时结束，否则回到步骤1)；E、通过中间椭圆倾角和边上倾角的几何关系计算得到摄像头的两个重要参数——摄像头的焦距f以及摄像头的放置高度htotarget，其中：摄像头的焦距f以及摄像头的放置高度htotarget的标定为：ymiddle和yside分别是拍摄图像中中间和下边的椭圆中心垂直坐标。