專利名稱：攝像機定位用圓標志點圓心的圖像投影點位置的獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機視覺檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種攝像機定位用圓標志點圓心 的圖像投影點位置的獲取方法。
技術(shù)背景計算機視覺的基本任務之一，是從攝像機拍攝得到的圖像出發(fā)，計算視場 中物體的三維信息，由此來對三維物體進行重建和識別。物體表面點的三維幾何 信息與其在圖像上的對應點之間的相互關(guān)系是由攝像機的成像模型決定的，建立 這一幾何模型的過程實際上就是攝像機參數(shù)的求解過程。因此，對攝像機參數(shù)的 標定是這一建模過程的前提和關(guān)鍵。對攝像機參數(shù)的求解過程稱為攝像機標定。 文獻"Image Processing, Analysis, and Machine Vision" (M. Sonka， V. Hlavac, R. Boyle, International Thomson Publishing, 1998)中闡述了——禾中 較為通用的攝像機成像模型，該成像模型可以用以下公式來描述<formula>formula see original document page 3</formula>其中，<formula>formula see original document page 3</formula>是標定物的世界坐標系坐標，",v是在以像素為單位的圖像坐標系中的二維坐標，其中圖像坐標系的橫坐標軸和縱坐標軸分別稱為w軸和 v軸，義為一標量，及，r為攝像機的外部參數(shù)矩陣，分別定義了世界坐標系的原點相對于攝像機坐標系的三維空間的姿態(tài)和位置，<formula>formula see original document page 3</formula>為攝像機內(nèi)部參數(shù)矩陣，其中乂，y;分別表示"軸和v軸的尺度因子，又稱有效焦距，j表示"軸和v軸軸間不垂直因子，(m。,v。)表示以像素為單位的圖像的主點坐標，也稱光學中心。攝像機標定就是計算攝像機模型參數(shù)的過程。攝像機標定技術(shù)大致可以分成兩類傳統(tǒng)的標定方法和攝像機自標定方法。 近年來，攝像機的自標定算法取得了很大的進展，已發(fā)表了相當數(shù)量的文獻，其 中一些算法獲得了較為廣泛的應用。但是由于自標定算法相比于傳統(tǒng)標定算法精度要差，不適合諸如三維掃描等對檢測精度要求非常高的場合。攝像機傳統(tǒng)標定方法精度要高于自動標定方法，所以在較精密的三維信息獲 取系統(tǒng)中得到了大量使用。傳統(tǒng)標定方法所使用的標定物主要有兩類， 一是平面 模板，二是三維立體標定塊，常見的平面標定模板的設置方法是在平面模板上設 置一些可以方便檢測的標志點，如交叉點或者圓形，通過提取圖像中標志點信息，得到空間平面模板與計算機圖像中的標志點的數(shù)據(jù)匹配關(guān)系，進而求解攝像機的 參數(shù)。由于圓形在計算機圖像處理中有著其他幾何形狀如直線等所無法比擬的優(yōu) 點圓形對闞值分割不敏感，當閾值分割的閾值改變時，圓的邊緣點會發(fā)生相應 的縮放，但是縮放后的邊緣點所求出的圓心改變卻很小，這是直線、方形等圖形 所無法做到的。所以利用圓形作為攝像機參數(shù)標定的標志點，在空間標定板上設 置等間距分布的一定數(shù)目的圓的點陣，通過匹配空間中圓形的圓心與計算機圖像中圓形的圓心，建立對應關(guān)系，實現(xiàn)攝像機參數(shù)的求解。在文獻"A Four st印 Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction". (Janne Heikkila， Olli Silven， IEEE Proceedings of Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1997 : 1106~1112).中指出 圓形在透視投影變換過程中將蛻變成橢圓，并且圖像中橢圓的圓心并非空間中圓 形的圓心在圖像中投影點的真實位置，即二者存在圓心偏差，所以在采用圓形作 為標定板上的標志點時，有必要對此圓心偏差進行修正補償，并在文獻中給出了 一種修正圓心偏差的方法，該方法需要首先對攝像機進行標定獲得標定物與攝像 機之間的位置關(guān)系，然后再次進行標定方可實現(xiàn)圓心偏差的補償，計算量明顯增 大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明給出了一種攝像機定位用圓標志點圓心的圖像投影點位置的獲取方 法，采用本發(fā)明中的方法可以簡便的修正圓形在透視投影變換中所產(chǎn)生的圓心偏 差。本發(fā)明的技術(shù)方案如下第一圓形標志點的設置方法為設置同心圓，該同心圓由一個大圓和一個 小圓組成，在同心圓中小圓內(nèi)部設置一個內(nèi)切于小圓的內(nèi)切圓，且內(nèi)切圓的直徑 的長度與同心圓中小圓的半徑的長度相同，設置同心圓中小圓的內(nèi)切圓以及同心 圓中小圓以及同心圓中大圓的顏色，使得同心圓中小圓的內(nèi)切圓的顏色異于同心 圓中小圓的顏色，同心圓中小圓的顏色異于同心圓中大圓的顏色，同心圓中大圓 的顏色異于圓形標志點所處的背景的顏色，第二圓形標志點圓心在圖像中的投影點位置獲取方法為攝像機拍攝圓形標志點，獲取圖像，對圖像進行濾波，接著進行閾值分割，對閾值分割后圖像進 行邊緣檢測和輪廓提取，分別獲得同心圓中大圓、小圓所對應的圖像中的橢圓的 邊緣輪廓以及小圓的內(nèi)切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣輪廓，對同心圓中大 圓、小圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣輪廓采用最小二乘法橢圓擬合方法進行擬 合，獲得同心圓中大圓以及小圓對應的圖像中的橢圓的圓心點，如果兩個圓心點 之間的距離小于設定值，圖像中的這兩個擬合出來的圓心點坐標的平均值為同心 圓中大圓以及小圓的圓心點在圖像中的真實的投影點的位置，如果二個圓心點之 間的距離大于設定值，則兩個圓心點組成一條連線，該連線與同心圓中小圓的內(nèi) 切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣的交點有兩個，與同心圓中大圓對應的圖像中 的橢圓的圓心點接近的交點為同心圓中大圓以及小圓的圓心點在圖像中的真實 的投影點的位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點 (1 )本發(fā)明利用三個圓可以求出其中兩個圓在圖像中對應的投影點的位置， 可以簡便的修正補償圓形在透視投影變換中所產(chǎn)生的圓心偏差，結(jié)果準確；(2) 本發(fā)明不需要任何已知的攝像機的先驗知識，不需要知道攝像機與空間圓形標志點之間的位置和姿態(tài)關(guān)系，便可以補償修正透視投影變換中所產(chǎn)生的圓心偏差；(3) 相比于同類用于修正補償圓形在透視投影變換中所產(chǎn)生的圓心偏差的 方法，本發(fā)明中方法不需要進行迭代運算，計算量小，計算結(jié)果達到亞像素級， 精度高，且運算時只針對圖像進行運算，不需要建立有空間中物體到圖像之間的 映射關(guān)系，運算速度快。


圖1是攝像機定位用圓形標志點的設置圖，fl為同心圓小圓的內(nèi)切圓，其顏 色為白色，6為同心圓的小圓，其顏色為黑色，c為同心圓的大圓，其顏色為白 色，d為背景，其顏色為黑色。圖2是平面上任意位置的橢圓圖，其中fl,^為橢圓的長軸，&。 為橢圓的短軸，(;c,y)為所建立的坐標系，(;c。,^)為橢圓的圓心，0為橢圓的長軸與坐標軸的橫軸之間的夾角。圖3是小孔成像原理圖，其中fl為攝像機成像平面，6為空間中的平面，0(:為攝像機的光心。圖4是攝像機透視投影變換中圓心偏差的產(chǎn)生的示意圖，其中fl為空間中的平面，A,丑。為空間中圓的直徑，《為空間中圓的圓心點，攝像機光心為q.， ot與4, jB。的連線與攝像機成像平面6交于4,A 。 (9。在攝像機成像平面上的投影 點為a，其中虛線箭頭表示從攝像機成像平面到以像素點為單位的計算機圖像上的轉(zhuǎn)換關(guān)系，此時在攝像機成像平面上圓形變成橢圓形，且空間中圓形的圓心 的真實的投影點(A,h)與以像素點為單位的計算機圖像平面上的橢圓所擬合出來的圓心點(^,為)不相重合。圖5是求取圓心點在圖像中的投影點的流程圖。
具體實施方式
以下參照說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方案做出的更為詳細的描述 由于圓標志點具有旋轉(zhuǎn)不變性，易識別，定位精度高以及圖像處理時對閾值 不敏感等優(yōu)點，所以圓標志點被廣泛應用于各種攝像機定位場合，但是在經(jīng)過透 視投影變換后，空間中圓形在圖像中變成橢圓，且此時橢圓的圓心并非空間中圓 形的圓心點經(jīng)過透視投影變換后在圖像中的真實的投影點的位置，如圖4所示，透視投影變換中圓心偏差的成因在文獻"A Four st印Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction". (J"anne Heikkila， Olli Silven， IEEE Proceedings of Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 1997 : 1106 1112)中第1109-1110頁給出了詳細說明， 并可以得到結(jié)論在攝像機成像平面與物體平面不相平行時，圖像中橢圓的圓心 并非空間中圓形的圓心點經(jīng)過透視投影變換后在圖像中的真實的投影點的位置。 本發(fā)明給出一種求取空間中圓形的圓心點經(jīng)過透視投影變換后在圖像中的真實 的投影點位置的方法。一、圓形標志點的設置圓形標志點的設置方法為設置同心圓，該同心圓由一個大圓和一個小圓組 成，大圓的半徑為小圓的半徑1.5倍到2倍，在同心圓中小圓內(nèi)部設置一個內(nèi)切 于小圓的內(nèi)切圓，且內(nèi)切圓的直徑的長度與同心圓中小圓的半徑的長度相同，設 置同心圓中小圓的內(nèi)切圓以及同心圓中小圓以及同心圓中大圓的顏色，使得同心 圓中小圓的內(nèi)切圓的顏色異于同心圓中小圓的顏色，同心圓中小圓的顏色異于同 心圓中大圓的顏色，同心圓中大圓的顏色異于圓形標志點所處的背景的顏色，比如可以設置同心圓中小圓的顏色為黑色，同心圓中大圓的顏色為白色，同心圓中 小圓的內(nèi)切圓的顏色為白色，背景的顏色為黑色，如圖1所示。
二、圓形標志點圓心在圖像中的投影點位置獲取方法為攝像機拍攝圓形標 志點，獲取圖像，對圖像進行濾波，以去除圖像拍攝時所產(chǎn)生的噪聲，提高結(jié)果 的精度，接著對圖像進行閾值分割，由于內(nèi)切圓的顏色異于同心圓中小圓的顏色， 同心圓中小圓的顏色異于同心圓中大圓的顏色，同心圓中大圓的顏色異于圓形標 志點所處的背景的顏色，并且設置方法為同心圓中小圓的顏色為黑色，同心圓 中大圓的顏色為白色，同心圓中小圓的內(nèi)切圓的顏色為白色，背景的顏色為黑色， 通過雙峰法或者迭代法，可以獲取一個閾值，該閾值可以將圖像中黑色區(qū)域以及 白色區(qū)域區(qū)分出來，迭代法閾值分割方法為
首先，求出圖像的最大灰度值和最小灰度值，分別記為Z^和Z^，令初始
閾值S。-(Z^+Z^)/2;進而根據(jù)閾值&， &初始值為5。， A:的大小等于迭代
次數(shù)，將圖像分割為前景和背景，前景為白色，背景為黑色，分別求出前景和背
景的平均灰度值Z。和Z"求出新閾值&+1=(2。+^)/2;如果&=&+1，則所得
&即為閾值；否則根據(jù)閾值&+1將圖像再次分割為前景和背景，迭代計算。
對閾值分割后的圖像進行邊緣檢測和輪廓提取，分別獲得同心圓中大圓、小 圓的所對應的圖像中的橢圓的輪廓和小圓的內(nèi)切圓的所對應的圖像中的橢圓的 輪廓，采用最小二乘法橢圓擬合方法對同心圓中大圓、小圓的所對應圖像中的橢 圓的邊緣輪廓進行擬合，獲得同心圓中大圓以及小圓所對應的圖像中的橢圓的圓 心點，
最小二乘法橢圓擬合方法為
如圖2所示，對于平面中的任意一個橢圓。已知標準橢圓方程為<formula>formula see original document page 7</formula>其中"^g為橢圓的長軸，6,^,為橢圓的短軸，
對標準橢圓方程分別利用下面兩式進行坐標變換和坐標平移:
<formula>formula see original document page 7</formula>得到平面任意橢圓方程為:<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 8</formula>對此五元四次非線性方程，做線性變換使得x。，少。很小，以略去含有x。， h 的高次項，從而使方程線性化。 線性化后的方程得 jc2 + ^4， +々j2 + + Z)'_y + A = 0
其中4,A,c;,A,A為方程的系數(shù)
<formula>formula see original document page 8</formula>設《0c,，少,)(/- 1,2,...，A0為橢圓輪廓上的W(W25)個測量點，平面任意位置 理想橢圓方程為^+4矽+ ^>>2+^^ + ^;; + ￡;=0。根據(jù)最小二乘原理，求目標
函數(shù)
<formula>formula see original document page 8</formula>
的最小值來確定4,A，c;,A，五,。由極值原理知，欲使,為最小，則必有<formula>formula see original document page 9</formula>
由此可得下列正規(guī)方程組
<formula>formula see original document page 9</formula>
求解后可得圓心數(shù)據(jù)
橫坐標<formula>formula see original document page 9</formula>
縱坐標<formula>formula see original document page 9</formula>
長袖<formula>formula see original document page 9</formula>(x。,y。)為擬合出來的圖像中的橢圓的圓心。 從空間中圓經(jīng)過透視投影變換在圖像中變成橢圓的過程，以及產(chǎn)生圓心偏差
的過程如下
1、首先建立四個坐標系(1)以像素點為單位的計算機圖像坐標系，在圖 像上定義直角坐標系"-V，每一個像素的坐標(",v)分別是該像素在圖像中的列 數(shù)和行數(shù)。(",v)是以像素為單位的圖像坐標系坐標；(2)攝像機成像平面坐標 系，由于以像素點為單位的計算機圖像坐標系只表示像素位于圖像中的列數(shù)和行 數(shù)，并沒有用物理單位表示出該像素在圖像中的位置，因此需要建立以物理單位 (常用毫米mm)表示的成像平面坐標系Jc-y， (x，力表示以物體單位度量的成像平面坐標系的坐標。則圖像中任意一個像素在從以物體單位度量的成像平面坐標 系到以像素點為單位的計算機圖像坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系式表示為
<formula>formula see original document page 10</formula>
進而用齊次坐標與矩陣的形式表示為<formula>formula see original document page 10</formula>
(2)
",v是以像素為單位的計算機圖像坐標系中的二維坐標，其中圖像坐標系的
<formula>formula see original document page 10</formula>橫坐標軸和縱坐標軸分別稱為"軸和v軸，j =<formula>formula see original document page 10</formula>
為攝像機內(nèi)部參數(shù)
矩陣，其中,，力分別表示"軸和v軸的尺度因子，又稱有效焦距，s表示"軸和
v軸軸間不垂直因子，由于目前攝像機鏡頭精度的提高，s取值為0， ("。,v。)表
示以像素為單位的圖像的主點坐標，也稱光學中心。
(3)攝像機坐標系，定義攝像機坐標系(C^-^^《,Z。)。攝像機坐標系的原 點位于攝像機光心處，4軸和g軸與攝像機成像平面坐標系的x軸和;;軸平行， ^軸為攝像機的光軸，4軸和攝像機成像平面垂直。光軸與攝像機成像平面的 交點為圖像主點；(4)世界坐標系，選擇一個基準坐標系來描述攝像機安放在現(xiàn) 實世界的位置，并用它描述世界環(huán)境中任何物體的位置，該坐標系為世界坐標系，
它由基準觀測原點a和^r， &， ^軸組成。攝像機坐標系與世界坐標系之間的 關(guān)系可用旋轉(zhuǎn)矩陣i 與平移矩陣r來描述。假設空間中某一點尸在世界坐標系與 攝像機坐標系下的齊次坐標如果分別是(j^,];,4,1f， (xe,ye，ze,iy，則存在如下
關(guān)系
(3)
其中，及為3x3正交單位矩陣；r = (~， (.f為三維平移向量;M,是4x4
的矩陣，稱及，r為外部參數(shù)。
2、空間中世界坐標系下圓形邊緣的方程的建立
<formula>formula see original document page 10</formula>假定空間中任意一個空間圓的邊緣的表達式為
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，^v,iv為圓的邊緣的坐標點，《,;r,為該圓的圓心在世界坐標系下的
坐標，/;,為世界坐標系中該圓的實際半徑。
3、經(jīng)過小孔成像，圓邊界表達式方程由世界坐標系轉(zhuǎn)換到攝像機坐標系下 小孔成像模型如圖3所示，由式(3)可知，世界坐標系下坐標(;^^，}^,2^)經(jīng)
過/ 7矩陣轉(zhuǎn)換到攝像機坐標系下，其坐標變?yōu)?1(:,};.,2(,;),則有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系。
。6V
&+少
Z(、r74?！?一
其中，由于圓形在空間中位于同一個平面，所以設其世界坐標系下坐標
= 0，所以
其中Z^ =0。
將，ye， ze)歸一化得到下式
將式(5)代入式(4),得到下式 一 Zc = 。Xw + r8]^ + ~
在式(6)中，將Zc代入方程中上面兩式，得到下式 乂 x(。^r +《& +0 +,24 H
(4)
(5)
(6)
(7)
化簡式(7)得到下式(8)
11<formula>formula see original document page 12</formula>(8)
進一步化簡得式(9)<formula>formula see original document page 12</formula>(10)
在式(9)中，<formula>formula see original document page 12</formula>
則式(10)可化簡成
<formula>formula see original document page 12</formula>
(11)
上式可以表示為圓、橢圓、雙曲線、拋物線，結(jié)合實際情況在本發(fā)明中表示橢圓。
依據(jù)所給出的最小二乘法橢圓擬合公式，求取式(11)所對應的橢圓的圓心 坐標為
<formula>formula see original document page 13</formula>
由于空間中的點在經(jīng)過透視投影變換后仍然為一個點，并且這個點即為該點 經(jīng)過透視投影變換后真實的投影點，所以假定式(12)中空間圓的半徑;7,=0，得 到新的圓心點坐標，<formula>formula see original document page 13</formula>
當攝像機成像平面與空間物體平面相互平行時^=《,少。=乂；而當攝像機
成像平面與空間物體平面不相平行時jc。 *乂 ，此時這兩個點在攝像機成
像平面上組成一條直線，該直線的斜率為
<formula>formula see original document page 13</formula>
將(12) (13)式代入(14)式，并進行化簡，得到如下結(jié)果-
<formula>formula see original document page 13</formula>
由式(15)可以得到，此時斜率)t與空間中圓的半徑的大小無關(guān)，可以得到 如下結(jié)論
空間中的同心圓，在經(jīng)過透視投影變換后，在攝像機成像平面上所成的橢圓 的圓心，位于同一條直線上，且該直線通過空間中的同心圓的圓心點經(jīng)過透視投 影變換在攝像機成像平面上的真實投影點。
4、攝像機成像平面坐標轉(zhuǎn)換到以像素點為單位的計算機圖像坐標系山式(1)以及式(2)可知，
<formula>formula see original document page 14</formula>(16)
為攝像機的內(nèi)部參數(shù)矩陣，("，v)是以像素點為單位的
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中^4= 0 /、， v。 00 1
計算機圖像坐標系坐標，s表示"軸和v軸軸間不垂直因子，由于目前攝像機鏡
頭精度的提高，^取值為o， (z ，i;，if為經(jīng)過式(5)歸一化后的攝像機成像平 面坐標系下坐標。
所以由(16)可以得到，在計算機圖像平面上
1K =(v-vn)〃"
(17)
將式(17)代入式(11)可以得到空間中的圓，在以像素點為單位的計算機 圖像平面上所成的橢圓，其方程為
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中4 = (W2 +。2 一〃2^2)y厶
<formula>formula see original document page 14</formula>(18)
<formula>formula see original document page 14</formula>
("，。代表以像素點為單位的計算機圖像上的點的坐標。
采用最小二乘法擬合橢圓的方法，可以求出此時橢圓的圓心位置，在不存在
攝像機的鏡頭畸變或者鏡頭的畸變較小時，從攝像機成像平面到以像素點為單位 的計算機圖像之間的轉(zhuǎn)換可以認為是線性變換，此時在以像素點為單位的計算機
圖像中，同心圓所成的橢圓的兩個圓心點仍然位于同 一條直線上。在存在攝像機的鏡頭畸變的情況下，依據(jù)攝像機鏡頭畸變的模型，
<formula>formula see original document page 15</formula><formula>formula see original document page 15</formula>
其中",，V,為以像素點為單位的計算機圖像中沒有畸變時的像素點的位置，
g，g為畸變后的以像素點為單位的計算機圖像中的像素點的位置，("。，V。)
是攝像機的光心在以像素點為單位的計算機圖像中的投影點位置，&， ^為一階 以及二階徑向畸變系數(shù)。
由于理想情況下，空間中的同心圓在攝像機成像平面上所成的兩個橢圓的兩 個圓心點距離接近，所以在加入畸變后，這兩個圓心點在圖像中的位置的改變量 可以認為是相等的，此時在以像素點為單位的計算機圖像中，同心圓所成的橢圓 的圓心點仍然位于同一條直線上。在求解出圖像中不含透視投影變換的圓心偏差 的同心圓圓心的投影點之后，再進行鏡頭畸變的校正。
所以可以得到如下結(jié)論
空間中的同心圓，在經(jīng)過透視投影變換后，在以像素點為單位的計算機圖像 坐標系下所成的橢圓的圓心，位于同一條直線上，且該直線通過空間中的同心圓 的圓心點經(jīng)過透視投影變換在以像素點為單位的計算機圖像中的真實投影點。
提取計算機圖像中同心圓中大圓以及小圓所對應的橢圓的邊緣，并采用最小
二乘橢圓擬合求取兩個圖像中兩個橢圓的圓心，進行判斷，如果兩個橢圓的圓心 之間的距離小于設定值(如10"個像素點)，則認為兩個橢圓的圓心是重合的， 此時在計算機圖像中，同心圓所對應的兩個橢圓的圓心點的橫坐標的平均值以及 縱坐標的平均值所對應的點為同心圓的圓心點在以像素點為單位的計算機圖像 中的真實投影點，如果兩個橢圓的圓心之間的距離大于該設定值，則兩個圓心點 組成一條連線，由于空間中同心圓的圓心點位于同心圓中小圓的內(nèi)切圓的邊緣， 所以經(jīng)過透視投影變換后，該圓心點在以像素點為單位的計算機圖像中的投影點 亦位于同心圓中小圓的內(nèi)切圓在圖像中所對應的橢圓的邊緣，己知連線與同心圓 中小圓的內(nèi)切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣的交點有兩個，與同心圓中大圓對 應的圖像中的橢圓的圓心點接近的交點為同心圓中大圓以及小圓的圓心點在以 像素點為單位的計算機圖像中的真實的投影點的位置。由于在閾值分割時，往往會造成圖像中圓形的邊緣的縮放，所以提取同心圓 中小圓的內(nèi)切圓所對應圖像中橢圓的邊緣的方法為同時提取閾值分割后的邊緣 點的內(nèi)部邊緣點與外部邊緣點。然后擬合橢圓的邊緣點，得到同心圓中小圓的內(nèi) 切圓所對應的圖像中橢圓的邊緣的橢圓方程。
假定同心圓中的大圓和小圓所對應的以像素點為單位的計算機圖像中的兩 個橢圓所擬合出的橢圓的圓心點位置為
(""h)、(""、) 則圖像中經(jīng)過這兩點的直線為
v —v,A^l(m —A) (19)
(",v)代表以像素點為單位的計算機圖像上的點的坐標。 同心圓中的小圓的內(nèi)切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣方程為
聯(lián)立方程(19) (20)得到一個方程組，求解該方程組，可以得到兩組解， 這兩組解對應著直線與橢圓邊緣的兩個交點，選擇其中離著0^,v^距離近的點， 該點即為同心圓中大圓以及小圓的圓心點所對應的經(jīng)過透視投影變換后在以像 素點為單位的計算機圖像中的投影點的位置。
求取圓心點在圖像中的投影點的流程圖如圖5所示。
權(quán)利要求
1、 一種攝像機定位用圓標志點圓心的圖像投影點位置的獲取方法，其特征 在于-第一圓形標志點的設置方法為設置同心圓，該同心圓由一個大圓和一個 小圓組成，在同心圓中小圓內(nèi)部設置一個內(nèi)切于小圓的內(nèi)切圓，且內(nèi)切圓的直徑 的長度與同心圓中小圓的半徑的長度相同，設置同心圓中小圓的內(nèi)切圓以及同心 圓中小圓以及同心圓中大圓的顏色，使得同心圓中小圓的內(nèi)切圓的顏色異于同心 圓中小圓的顏色，同心圓中小圓的顏色異于同心圓中大圓的顏色，同心圓中大圓 的顏色異于圓形標志點所處的背景的顏色，第二圓形標志點圓心在圖像中的投影點位置獲取方法為攝像機拍攝圓形 標志點，獲取圖像，對圖像進行濾波，接著進行閾值分割，對閾值分割后圖像進 行邊緣檢測和輪廓提取，分別獲得同心圓中大圓、小圓所對應的圖像中的橢圓的 邊緣輪廓以及小圓的內(nèi)切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣輪廓，對同心圓中大 圓、小圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣輪廓采用最小二乘法橢圓擬合方法進行擬 合，獲得同心圓中大圓以及小圓對應的圖像中的橢圓的圓心點，如果兩個圓心點 之間的距離小于設定值，則圖像中的這兩個擬合出來的圓心點坐標的平均值為同 心圓中大圓以及小圓的圓心點在圖像中的真實的投影點的位置，如果二個圓心點 之間的距離大于設定值，則兩個圓心點組成一條連線，該連線與同心圓中小圓的 內(nèi)切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣的交點有兩個，與同心圓中大圓對應的圖像 中的橢圓的圓心點接近的交點為同心圓中大圓以及小圓的圓心點在圖像中的真 實的投影點的位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像機定位用圓形標志點圓心在圖像中的投影點 位置的獲取方法，其特征在于，在第一中，設置同心圓中小圓的顏色為黑色，同 心圓中大圓的顏色為白色，同心圓中小圓的內(nèi)切圓的顏色為白色，背景的顏色為 黑色。
全文摘要
一種攝像機定位用圓標志點圓心的圖像投影點位置的獲取方法，其特征包括圓形標志點的設置方法為設置同心圓，該同心圓由一大圓和一小圓組成，在同心圓中小圓內(nèi)部設置一個內(nèi)切于小圓的內(nèi)切圓，且內(nèi)切圓的直徑與同心圓中小圓的半徑相等；圓形標志點圓心在圖像中的投影點位置獲取方法為獲取圖像，對圖像進行濾波、閾值分割、邊緣檢測和輪廓提取，以及最小二乘法橢圓擬合，求得同心圓中大圓、小圓所對應的圖像中的橢圓的圓心的連線，連線與同心圓中小圓的內(nèi)切圓所對應的圖像中的橢圓的邊緣的交點有兩個，與同心圓中大圓對應的圖像中的橢圓的圓心點接近的交點為同心圓中大圓、小圓的圓心點在圖像中的投影點的位置。
文檔編號G06T7/00GK101311963SQ20081012419
公開日2008年11月26日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者達飛鵬, 邢德奎 申請人:東南大學