專(zhuān)利名稱(chēng)：：應(yīng)用于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方法細(xì)于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)魴法附領(lǐng)域本發(fā)明屬于攝像機(jī)標(biāo)定
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉^z用于目標(biāo)檢測(cè)的以創(chuàng)艮鏡頭粒的全方位視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定。背景駄成像系統(tǒng)標(biāo)定^H維w^、^r少的步驟，成像系統(tǒng)標(biāo)定結(jié)果直，響視覺(jué)信息應(yīng)用效果的好壞。簡(jiǎn)單的說(shuō)，成像系統(tǒng)標(biāo)定就是確定^維空間點(diǎn)到攝ftm成像平面上二維圖像點(diǎn)之間,絲的參數(shù)，^f象,^13!3tlf!^t尋到。因此，研究成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法具有重要的理論意義和皿的實(shí)際，價(jià)值。魚(yú)眼鏡頭視場(chǎng)角可達(dá)185度，可以實(shí)MS巨離^^fig巨離大視場(chǎng)立^m覺(jué)感知。將其細(xì)于大廣角目標(biāo)檢測(cè)具有極大的優(yōu)勢(shì)和廣泛的卿前景。但是《頓魚(yú)眼鏡頭拍攝的圖像具有非常嚴(yán)重的畸變，主要原因是魚(yú)眼鏡頭的真雄像是平面，而;iifi似預(yù)狀的曲面，因此，魚(yú)眼鏡頭全方位視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定有別于常規(guī)成像系統(tǒng)的標(biāo)定。目前對(duì)常像系統(tǒng)的標(biāo)定已經(jīng)取得大量研究皿，然而針對(duì)魚(yú)眼鏡頭全方位視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定方、，有,索。標(biāo)定內(nèi)容主要包括成像系統(tǒng)模型的^m模型中各參數(shù)精確值的獲取。由m眼鏡頭內(nèi)部光學(xué)結(jié)構(gòu)M^，叫投由10組以上光學(xué)鏡頭絀戎，導(dǎo)纏眼鏡^^斜幾t難f婦隹精確的建立。本發(fā)明首先Ml精確的魚(yú)眼鏡頭成像模型，然后根鵬眼鏡頭等距職成像原理粒簡(jiǎn)單實(shí)用的數(shù)學(xué)^M再aa實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)計(jì)算^^解魚(yú)眼鏡頭的內(nèi)夕卜參數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是鄉(xiāng)一種鵬于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方法，?；诘染嗤队霸淼聂~(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)t難；確立魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中純標(biāo)系絲，粒簡(jiǎn)化的系統(tǒng)豐IM;設(shè)計(jì)包括像面中心點(diǎn)""，v0);魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離"魚(yú)眼鏡頭徑向畸頓數(shù)&像^m橫比例因子"相鵬標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y等成像系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定和計(jì)算方法；開(kāi)發(fā)相關(guān)參辦示定軟件。、本發(fā)明離的一種應(yīng)用于目標(biāo)逾測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方跑括步t、^^于等i^^原鵬魚(yú)眼鏡頭成像系纖f^第一粒世^M標(biāo)系(X，i;，z^。世鵬標(biāo)系也線實(shí)艦實(shí)世l^^標(biāo)系，或全局坐標(biāo)系。它是客觀世界的艦坐標(biāo)，是由用戶(hù)任意定義的Hl隹空間坐f緣照系。一般的3D場(chǎng)景都用這個(gè)坐標(biāo)系5f^。假設(shè)空間中的一點(diǎn)尸，為了得到尸點(diǎn)的定*，便于數(shù)學(xué)mM的^:以及公式的推導(dǎo)，故^5:尸點(diǎn)所在空間坐標(biāo)系為世^^標(biāo)系。第二^&m統(tǒng)光軸""q。將多層鏡片的魚(yú)眼鏡頭物理t!M簡(jiǎn)化成一個(gè)半球形折射鏡頭鄉(xiāng)，同時(shí)粒理論折射光心^，所有入射麟(除與光軸重合的入射麟外)都會(huì)穿折射鏡頭發(fā)生折射，與光軸重合的入射光線不發(fā)生折射。設(shè)與光軸重合的入射光線與相機(jī)鏡，口平面的交點(diǎn)為02與成像平面的交點(diǎn)為6>3，"即為成像面中心點(diǎn)^vo)，設(shè)定070203為系統(tǒng)光軸；第三^i:魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系a，y，z)。以0/020;為z軸^fe眼鏡頭坐標(biāo)系or，y，z)，原點(diǎn)為"。itt^標(biāo)系是將多層鏡片的創(chuàng)艮鏡頭物理t翻簡(jiǎn)化成一個(gè)半球形折射鏡頭模型，同時(shí)建立理論折射光心0/。第三建立攝相m^標(biāo)系&;^入以G"03為z軸粒相m^標(biāo)系&;^，原點(diǎn)為Cb，此坐標(biāo)系用來(lái)描述相機(jī)隨。第四^5:成像平面坐標(biāo)系C"'vA以成像平面CCD為坐標(biāo)平面^的平面，坐標(biāo)系，，標(biāo)系為二鄉(xiāng)，標(biāo)系，原點(diǎn)設(shè)為成像面右上角。由于成像平面坐標(biāo)與^的圖像坐標(biāo)為一一對(duì)應(yīng)，，所以實(shí)際應(yīng)用中i^ffl圖像坐標(biāo)系中的圖像坐標(biāo)(單位為像素)來(lái)代替成像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。由于實(shí)際相機(jī)的ccD像元并非理想的正方形，而是長(zhǎng)方形，所以,的一^f象^m橫比例因子/。以上四個(gè)層次的坐標(biāo)系{世鵬標(biāo)系(X，k，、魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系汰r,力、攝像豐臟標(biāo)系6c，》J、成像平面坐標(biāo)系&,v^之間的關(guān)系如圖1戶(hù)標(biāo)。步fc、確:4^眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)^M中^^標(biāo)系^，^:簡(jiǎn)化的系統(tǒng),第一^圖像,^^:設(shè)尸是世^M標(biāo)系中一點(diǎn)；4為戶(hù)點(diǎn)至!]皿面的空間高度；i是尸到理論折射光心"的水平距離；為尸點(diǎn)相對(duì)理論折lt光心Q的入射角(仰角)；0是i5點(diǎn)在攝^lil^標(biāo)系中的方位角；尸w為尸在成像面上的像點(diǎn)；r為成像點(diǎn)離圖像中心點(diǎn)Q的距離(徑向距離)；0為像點(diǎn)在圖像物a^標(biāo)系中的方位角;/為理論折射光心Q至喊像平面坐標(biāo)系的垂直距離(即魚(yú)眼鏡頭焦距)。第二簡(jiǎn)化世^^標(biāo)系ow，iv，zmO與魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系or，y,z;>:在默認(rèn)情況下，魚(yú)目艮鏡頭垂:i]M，設(shè)定為世麯標(biāo)系ow，rw，zw)和魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系(Xr,z)重合，此時(shí)將世^^標(biāo)系簡(jiǎn)化，只保留魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系a，r，z)。第三簡(jiǎn)化相m^標(biāo)系》d和成像平面坐標(biāo)系C",W:在實(shí)際模型中，相,標(biāo)系6c,》z)和成像平面坐標(biāo)系<:",v)處于同一平面中，相積坐標(biāo)系原點(diǎn)ft和成像面中心點(diǎn)ft",vW重合，相禾鵬標(biāo)系的砂軸和成像平面w軸在同^F面重合，但由于:m制作精度的原因，相m^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系會(huì)雜一個(gè)平面扭角y。同時(shí)械像過(guò)程中，成像平面和魚(yú)眼鏡3i^標(biāo)系平面的距離為固定值/,即魚(yú)眼鏡頭焦距，所以可以將相t;iM標(biāo)系6c,》w簡(jiǎn)化。最終簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)模,包括魚(yú)眼鏡錢(qián)標(biāo)系or,r,z)和成像平面坐標(biāo)系r"，vo兩個(gè)坐標(biāo)系，如圖3B^。步i!H、提出關(guān)于測(cè)量需用的五大,根m眼鏡頭簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型推導(dǎo)出五個(gè)在魚(yú)眼鏡頭標(biāo)定中的主要參數(shù)成像面中心點(diǎn)03"，魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L;魚(yú)眼鏡頭徑向畸頓數(shù)&像鄉(xiāng)橫比例因子/;相til^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y。同時(shí)，設(shè)計(jì)各系統(tǒng)織的標(biāo)筋法、耙標(biāo)模式并開(kāi)發(fā)相關(guān)標(biāo)定辦。其中，成像面中心點(diǎn)C"o，v0)，為第一測(cè)驗(yàn)數(shù)，是標(biāo)定過(guò)程的楊O參數(shù)，它直接鵬系統(tǒng)光軸在成像平面中的坐標(biāo)^a，對(duì)于其他參,示定或者魚(yú)眼鏡頭的實(shí)際應(yīng)用具有相當(dāng)重要的作用。魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L，此參數(shù)為模型中簡(jiǎn)化的半球形折射鏡頭織，此參數(shù)作為其他后，mt示定所必須的s^的變量之一，所以單3蟲(chóng)提出，作為一個(gè)參數(shù)，但在魚(yú)眼鏡頭的實(shí)際鵬中不用涉及。魚(yú)眼鏡頭徑向畸頓數(shù)《，創(chuàng)艮鏡頭棘的另一重要參數(shù)，此參M:接體5腦眼鏡頭的成像規(guī)律，^fe眼鏡頭成像規(guī)律計(jì)^n圖象畸^^喬正的必要,。像^m橫比例因子/，是由于相機(jī)的ccd感光芯片串怖工藝原因，普通的ccd感光像元是長(zhǎng)方形，所以，一^M象元橫縱比例，此參數(shù)是圖像的精確復(fù)原應(yīng)用的，#1^之一。m于感光像元為標(biāo)準(zhǔn)正方形的cmos感光芯片來(lái)說(shuō)，此可以^#及。相m^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y，是由于相機(jī)的感光芯片貼片制作工藝的原因，雖然可以保證感光芯片和相機(jī)接口平面的一致，但兩^F面坐標(biāo)軸之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)細(xì)微的平面扭,度y，棚相機(jī)做視覺(jué)高精度測(cè)量定位等工作時(shí)，需要標(biāo)定此織，并進(jìn)行角度補(bǔ)償，但如艦參艦夠小，^^Zffl領(lǐng)域可以忽略不計(jì)。此錄與鏡頭無(wú)關(guān)，可在普通鏡頭下娜示定。步驟四、成像面中心點(diǎn)""，標(biāo)定首先Ml如下圖20f^標(biāo)定系統(tǒng)，ffl^3!S察遮光板以及CCD成像調(diào)縣統(tǒng)，使:器、小孔、魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)處于同一直線(即魚(yú)眼鏡頭成像的系統(tǒng)光軸所a:線)。利用Matlab統(tǒng)計(jì)圖像，峰值，再il31圖像^agm利用公式計(jì)算魚(yú)眼鏡頭的成像面中心點(diǎn)Q"，VoJ),其中M。，V。為魚(yú)眼鏡頭的像面中心點(diǎn)，W為亮點(diǎn)像素個(gè)數(shù)，",，V,是亮點(diǎn)坐標(biāo)。。步、魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離/:辦示定魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L的標(biāo)定,如圖3，f^光軸與魚(yú)眼鏡頭頂切面交點(diǎn)到理論折射光心(9;的距離，屬于攝f繊內(nèi)部參數(shù)，是標(biāo)定徑向畸頓數(shù)的必要鵬參數(shù)，但它無(wú)法i!51直接測(cè)量得到，根據(jù)等距投影成像原理，如果空間兩點(diǎn)至漁眼鏡頭的入射角相同，貝iJM像面上的徑向距離相等?？臻g不同兩點(diǎn)尸/、尸2點(diǎn)在魚(yú)眼成像面上的像點(diǎn)為同一點(diǎn)iVA、A點(diǎn)至晚眼鏡頭頂切面的垂:i5巨離為玩、(即點(diǎn)p"乃在光軸oAOj上的臓點(diǎn)至恍軸與魚(yú)眼鏡頭頂切面交點(diǎn)的距離)，尸7、A到光軸i^影點(diǎn)的距離為&、/2(也稱(chēng)為7jC平距離)，從圖3中可以發(fā)現(xiàn)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>由(4)式可f尋出:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>M(5)中可得知，只要在空間中倉(cāng)辦找至倆點(diǎn)使其成像m眼圖像中的同一像點(diǎn)，測(cè)得這兩點(diǎn)的水平和垂，離，即可求得丄。,的標(biāo)定，，針對(duì)耙標(biāo)^在,中^a:個(gè)M點(diǎn)，一方面用*^像系標(biāo)系與耙標(biāo)坐標(biāo)系的一致性，另一方面捕獲標(biāo)定點(diǎn)在圖像中的像素值。步默、相,示系與成像面坐標(biāo)系的平面鵬y的標(biāo)定施此步驟4頓普通平面鏡頭，^S+字耙標(biāo)，將十字耙標(biāo)的十字軸與相機(jī)xy軸平行。采集圖像，如圖llg，首5feiia圓名斗方向直^^包含的像^S，判斷像元方向的方向，在，像^Mt比的情況下，直徑像素點(diǎn)多的為像元短方向，直樹(shù)象素點(diǎn)少的為像元長(zhǎng)方向。然后iiii直線檢測(cè)識(shí)別十字直線，并計(jì)算直線與圖像的w軸夾角，艮p為相in^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y。步驟七、創(chuàng)艮鏡錄向畸頓數(shù)JT和像^^橫比例因子f的標(biāo)定根據(jù)等距職原麟學(xué)模型如下"為創(chuàng)艮鏡頭成像面的中心點(diǎn)^Vo)，為成像點(diǎn)Av在成像平面坐標(biāo)系中的像素坐標(biāo)，它們之間的關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中，《為徑向畸頓數(shù)，因?yàn)?lt;formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>,所以:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中及為點(diǎn)P在空間坐標(biāo)系下與光軸Go2的距離。H為點(diǎn)P在光軸o7o203上的,點(diǎn)至1恍軸與魚(yú)眼鏡頭頂切面交點(diǎn)的距離，丄為魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離。將式(7)、(8)4tA(6)得(9):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>《即為魚(yú)眼鏡頭徑向斷顆數(shù)。像^il橫比例因子/的標(biāo)定由于^^像元比例因子z'，所以圖像在u,v軸上的勝的畸^^不同的，將徑向畸變儘到U,V軸上。U,V方向上的徑向畸變?yōu)閞v=《v(10)式中〃，fv為像點(diǎn)到圖像中心點(diǎn)的距離在U,V軸上的分量，設(shè)圖像中心點(diǎn)為(U。,空間一點(diǎn)入射角為"的P點(diǎn)在圖像平面的成像點(diǎn)為/U",W，那么-r"H"-"o卜^=卜-vo|Gl)將式(3)、(11)^A拭(10)得(12):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>M:魚(yú)眼鏡頭k",&標(biāo)定豐難如圖4示。測(cè)M頭到耙標(biāo)面的距離,記為Hi。采集耙標(biāo)&fe眼攝Wl下的成像，標(biāo)定,自動(dòng)獲取標(biāo)定點(diǎn)雄目艮圖像中的圖像坐fei己為(",，vj，經(jīng)標(biāo)定軟件自動(dòng)計(jì)算得出Aii,A"v。魚(yú)眼鏡頭徑向畸頓數(shù)^可以由尺"，Kv取平均i憎Cfi:",《v即為ii:值在Mv軸上的分量)。然后像適橫比例因子/可由公式/=嘗，由標(biāo)定軟件自動(dòng)求出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積*:鵬于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方法粒了~^世微標(biāo)系、魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系、攝像,示系、成像平面坐標(biāo)系t體的精確成像系纖對(duì)難。參在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上根據(jù)等距,定理和各坐標(biāo)系，，^z:—個(gè)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)敏莫。最終M5:空間中任意一點(diǎn)與魚(yú)目艮圖像中像素的對(duì)應(yīng)絲。系綴鵬出基^眼鏡頭M:的成像系皿需標(biāo)定的內(nèi)、夕卜部共五大參數(shù)。為精確魚(yú)眼圖像畸^f^正、目標(biāo)檢測(cè)奠^M實(shí)的基礎(chǔ)。參發(fā)明并開(kāi)發(fā)精確、實(shí)用的各標(biāo)定參數(shù)的標(biāo)定方法、耙標(biāo)模式及配套程序。確保標(biāo)定結(jié)確可靠。,的標(biāo)定禾imw效地輔助標(biāo)定過(guò)程，自動(dòng)捕^§息并進(jìn)行計(jì)算、分析、處理，大大降低標(biāo)定過(guò)程中由于人為運(yùn)^W產(chǎn)生的誤差。圖1趟眼鏡頭成像系統(tǒng)鄉(xiāng)；圖2;if象面中心點(diǎn)標(biāo)定環(huán)境；圖3，眼M簡(jiǎn)化的系統(tǒng)^M圖4趟眼圖像在i7、y驗(yàn)向上的徑向畸頓數(shù)^，Kv標(biāo)定耙標(biāo),；圖5魏光ISJ:艦艦；圖6是激棘CCD成像艦圖7是jt!S二值圖像；圖8是Matlab離統(tǒng)計(jì)三維圖9是耙標(biāo)與魚(yú)眼鏡頭調(diào)整；圖10是耙標(biāo)魏眼攝像機(jī)下的圖像；圖11是普通平面鏡細(xì)攝的十字耙標(biāo)。具條lfc^細(xì)于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方法由七個(gè)步^a^:i、^5:基于等距麟原理的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)輕；2、確立魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)對(duì)難中^^標(biāo)系絲，粒簡(jiǎn)化的系統(tǒng),；3、^m眼鏡頭簡(jiǎn)化的系統(tǒng),推導(dǎo)出五個(gè)在魚(yú)眼鏡頭標(biāo)定中的主要參數(shù)；4、成像面中心點(diǎn)Cb"，v。)標(biāo)定；5、魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離a示定；6、相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y的標(biāo)定；7、魚(yú)眼鏡頭徑向畸變系數(shù)^和像^m橫比例因子z'的標(biāo)定。TM的實(shí)用案例具體說(shuō)明了本發(fā)明的^步驟和自^m。步驟一以魚(yú)眼鏡頭FE185C046HA-1及Watec221S模擬相機(jī)^:，于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)，粒系統(tǒng)數(shù)對(duì)莫型如圖l麻.步t:確立魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中各坐標(biāo)系關(guān)系，Ml簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化世，標(biāo)系和相M標(biāo)系，簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)M如圖3ff^。步転測(cè)翻需的五大參數(shù)為成像面中心點(diǎn)ftV。)；創(chuàng)艮鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L;魚(yú)眼鏡頭徑向畸頓數(shù)&像元縱橫比例因子Z';相l(xiāng)fl^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y步驟四成像面中心點(diǎn)03vW的標(biāo)定。成像面中心點(diǎn)C>3v0)的標(biāo)定:^法為'激光標(biāo)定法如圖2，配套禾i)^為^閾值統(tǒng)計(jì)Matlab，和中心點(diǎn)計(jì)算VC禾M^首形頁(yè)對(duì)^標(biāo)定系縱行^Sii整。激光束與魚(yú)眼鏡頭光心7K平高度調(diào)整將激光器打開(kāi)，用帶有坐標(biāo)紙的光學(xué)支鵬激光器端及鏡頭端，分別觀測(cè)光ra標(biāo)社的健，反復(fù)調(diào)整激光器與魚(yú)眼鏡頭支架的高度，uim端的激光JM^，的^^^ai:。激艦與魚(yú)眼鏡頭光心對(duì)中調(diào)整在高度調(diào)整一致后，將激光點(diǎn)魚(yú)眼鏡頭支架高度固定，僅調(diào),眼鏡頭支架的偏$^^獲得對(duì)中$媒。在反射光路中^a擋板，觀察皿圓環(huán)的鄉(xiāng)性，同時(shí)對(duì)照CCD成像結(jié)果，當(dāng)遮光肚頗光斑圓環(huán)超lj鄉(xiāng)且CCD圖像中的^S最^a圓形，此時(shí)m^m、魚(yú)眼鏡頭光'c^s^鶴畢。圖5及圖6分別為調(diào)整結(jié)束;gii光肚的^s照片和CCD中的成像^。離閾值統(tǒng)計(jì)Matlab辦對(duì)圖f繊亍離統(tǒng)計(jì)，獲ff^處理閾值信息如離峰值雜息，如圖8B^。根據(jù)統(tǒng)if^，圖6進(jìn)行圖ft^it化處理，結(jié)果如圖7g。禾,公式(1)可求得3^王的質(zhì)lM^fi。敏多7復(fù)實(shí)驗(yàn)，隨豐鵬^H次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。,三次實(shí)^!4行平均，得像面中心在像素^^標(biāo)位置為(381.3289,290.1296)。表l序號(hào)uV1381.7597290.41042380.9724290.054833812547289.9235步驟五魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L的標(biāo)定。標(biāo)定方法如圖3戶(hù)標(biāo)，配套禾醉為五基準(zhǔn)點(diǎn)VC,。利用坐*魂標(biāo)定耙標(biāo)。在VC，中編寫(xiě)圖像采集程芋，以064v0)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，分別在a(u0-9CU0)、b(uO+9CUQ)、c(uCU0"90)、WuO，vO^Q)五個(gè)點(diǎn)的圖像健作紅色十字fei己。ffl3i圖像調(diào)整耙標(biāo)皿眼鏡Mm:首鄉(xiāng)趟眼鏡頭與耙標(biāo)面相互垂直。然后移動(dòng)耙標(biāo)使圖像中心O0;ftv^的紅色十字iH己與耙標(biāo)中心點(diǎn)(r重合。最后7尺平方向輕轉(zhuǎn)耙標(biāo)，觀察圖像中的^H己與實(shí)際空間耙標(biāo)上的點(diǎn)a'、^、c'、f，經(jīng)付后復(fù)調(diào)憨官牽(T^=W,0'c'=(TcT，此時(shí)鏡頭與耙標(biāo)^Sim并且垂直，如圖9所示。aiigff記錄耙標(biāo)JJ巨耙標(biāo)中心點(diǎn)2cm的點(diǎn)a'在圖像中的，A須!K^面到耙標(biāo)面的距離M。將耙標(biāo)固定，垂鼓向調(diào)整鏡頭、力口大耙標(biāo)與鏡頭間的距離，！SMff巨耙標(biāo)中心3cm點(diǎn)的成像點(diǎn)與2cm處的成像點(diǎn)重舒P點(diǎn)，測(cè)量此時(shí)鏡頭至IJ耙標(biāo)面的距離壓，利用公式(5)求得L。多次測(cè)得取平均值得到i為17.8亂步默、相,示系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y的標(biāo)定。此步劚頓普通平面鏡頭，設(shè)置十字耙標(biāo)，將十字耙標(biāo)的十字軸與相機(jī)砂軸平行。采集圖像，如圖11麻，首先艦圓^^方向直^^包含的像體，判斷像元方向的方向，在雜像皿橫比的情況下，直徑像素點(diǎn)多的為像元短方向，直徑像素點(diǎn)少的為像元長(zhǎng)方向。中圓周7jC平直飽含444像素，垂1S徑包含450像素，由此可知像元長(zhǎng)軸為成像面的w軸，像元短軸為成像面的v軸。然后fflM線檢測(cè)識(shí)別十字直線，并計(jì)算直線與圖像的wv軸夾角，即為相+il^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y。本實(shí)例中，i!3iS線檢測(cè)可以求得十字軸縱軸與圖像v軸夾角為0.772480步驟七魚(yú)眼鏡頭徑向畸頓數(shù)i:和像^m橫比例因子/的標(biāo)定。構(gòu)^t示定實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，耙標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖4戶(hù)麻，u，v軸上的標(biāo)定點(diǎn)間隔為2cm。采用參數(shù)L標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)調(diào)整步驟，對(duì)鏡頭及耙細(xì)預(yù)整，最終保證鏡頭與耙標(biāo)垂直、頓'并Ji!3i相鵬示系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y調(diào)整補(bǔ)償相機(jī)角度，保ffi^像平面坐標(biāo)系與耙標(biāo)坐標(biāo)系相一激口圖10Blf^。利用配套K",Kv計(jì)算VC^mS行娜分析，A、Avv,為標(biāo)定點(diǎn)的成像點(diǎn)到圖像中心的像素差，M'為標(biāo)定點(diǎn)到光軸的的實(shí)際空間距離，0j=tan-《^^)為標(biāo)定點(diǎn)的入射角。求取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值得&=3.2145，、=3.2258。由Aw，/Cv取平均可以計(jì)算出魚(yú)眼鏡頭徑向畸變系數(shù)表2為Xfc^向上的標(biāo)定結(jié)果=73.7附/)，<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>利用縱橫比例因子/=*計(jì)算，VC程序求出i'W.淑65。同時(shí)由步驟七得出的圓周水平直徑包含444像素，垂;tl^5^含450像素，也可用來(lái)^ffi像皿橫比例因子z'的標(biāo)定，用7jC平直徑像素個(gè)數(shù)除以垂:tt徑像素個(gè)數(shù)也可求的9粥66，艦兩種方法，可以求得縱橫比例因子i為O.進(jìn)靴，所有標(biāo)定完成。權(quán)利要求1、一種應(yīng)用于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于該標(biāo)定方法包括步驟一、建立基于等距投影原理的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；步驟二、確立魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中各坐標(biāo)系關(guān)系，建立簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型；步驟三、根據(jù)魚(yú)眼鏡頭簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型推導(dǎo)出五個(gè)在魚(yú)眼鏡頭標(biāo)定中的主要參數(shù)成像面中心點(diǎn)O3(u0，v0)；魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L；魚(yú)眼鏡頭徑向畸變系數(shù)K；像元縱橫比例因子i；相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角γ；步驟四、成像面中心點(diǎn)標(biāo)定利用激光標(biāo)定方法標(biāo)定出魚(yú)眼鏡頭的成像面中心點(diǎn)O3(u0，v0)；步驟五、建立魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L的標(biāo)定模型，并根據(jù)模型設(shè)計(jì)L的標(biāo)定方法；步驟六、建立相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角γ的標(biāo)定模型，并根據(jù)模型設(shè)計(jì)相機(jī)與成像面的扭角γ的標(biāo)定方法；步驟七、建立魚(yú)眼鏡頭徑向畸變系數(shù)K和像元縱橫比例因子i的標(biāo)定模型，并根據(jù)模型設(shè)計(jì)K和像元縱橫比例因子i的標(biāo)定方法。2、,權(quán)利要求1戶(hù)腿的標(biāo)定方法，，征在，驟一中^S于等距,原理的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)對(duì)IM的具^(guò)^^:第一Ml世^^標(biāo)系OW,IV，Zw)，原點(diǎn)為Ow1標(biāo)系是客觀世界的16^坐標(biāo)，是由用戶(hù)任意定義的三維空間坐1^#照^;第二^系統(tǒng)光軸o7o2o3;將多層鏡片的魚(yú)眼鏡頭物理t!M簡(jiǎn)化成一個(gè)半球形折射鏡頭模型，同時(shí)^53論折射光心<9/;除與光軸重合的入射麟外，所有入射光線都會(huì)穿折射鏡頭，從而發(fā)生折射，與光軸重合的入射光線不發(fā)生折射；設(shè)與光軸重合的入射，與相機(jī)鏡頭接口平面的交點(diǎn)為02與成像平面的交點(diǎn)為"，Q即為成像面中心點(diǎn)^Vo)，設(shè)定07<9203為系統(tǒng)光軸；第三以G"(^為z軸^z:魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系or，y，z)，原點(diǎn)為Q;M標(biāo)系是將多層鏡片的魚(yú)眼鏡頭物理模型簡(jiǎn)化成一個(gè)半球形折射鏡頭模型，同時(shí)M:理論折射光心c^第四以6>;02^為2軸^5:禾財(cái)鵬標(biāo)系(X，》Z)，原點(diǎn)為02;jtk^標(biāo)系描述相機(jī)tiS;第五粒成像平面坐標(biāo)系6/,V):以成像平面CCD為坐標(biāo)平面粒的平面飾坐標(biāo)系，標(biāo)系為二維坐標(biāo)系；原點(diǎn)設(shè)為成像面右上角；由于成像平面坐標(biāo)與生成的圖像坐標(biāo)為——對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以實(shí)際應(yīng)用中皿用以像素為單位的圖像坐標(biāo)系中的圖像坐標(biāo)來(lái)代替成像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。3、^^^利要求10M的標(biāo)定方法，^tt征在，^l確立魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的數(shù)對(duì)IM中各坐標(biāo)系M，,簡(jiǎn)化的系統(tǒng)^M的方法為第一^:圖像絲設(shè)P是世^^標(biāo)系中一點(diǎn)；^為尸點(diǎn)到S^面的空間高度；及是尸至幡論折射光心6>/的水平距離；ft)為P點(diǎn)相對(duì)理論折射光心07的入射角，即仰角；0是尸點(diǎn)在攝{^標(biāo)系中的方位角;尸w為戶(hù)在成像面上的像點(diǎn);r為成像點(diǎn)與成像面中心點(diǎn)03的距離，也稱(chēng)徑向距離；0為像點(diǎn)在圖像物S^標(biāo)系中的方位角;/為理論折射光心"至喊像平面坐標(biāo)系的垂皿離，即魚(yú)眼鏡頭焦距；第二簡(jiǎn)化世l^^標(biāo)系IV，ZuO與魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系(X,r,Z):在默認(rèn)情況下，魚(yú)目艮鏡頭垂ima，設(shè)定為世鵬標(biāo)系(Xw，；kw,zmO和魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系(Xy,z)重合，此時(shí)將世^^標(biāo)系簡(jiǎn)化，只保留魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系or，y，z);第三簡(jiǎn)化相in^標(biāo)系6:，》z)和成像平面坐標(biāo)系Cw，v):在實(shí)際，中，相禾M標(biāo)系6c，》z)和成像平面坐標(biāo)系6/，v)處于同一平面中，相tl^標(biāo)系原點(diǎn)<92和成像面中心點(diǎn)ft6/0，v0)重合；同時(shí)械ma程中，成像平面和魚(yú)眼鏡頭坐標(biāo)系平面的距離為固定值/，即魚(yú)眼鏡頭焦距，所以可以將相m^標(biāo)系6:,》z)簡(jiǎn)化；最終簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)模MP、包括魚(yú)眼鏡，標(biāo)系(Xy,Z)和成像平面坐標(biāo)系C"，iO兩個(gè)坐標(biāo)系。4、權(quán)利要求1所逸的標(biāo)定方法，，征在于步驟四中成像面中心點(diǎn)QVo)的具體標(biāo)定方驗(yàn)由魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)采集激光在CCD上的成像，并用Matlab統(tǒng)計(jì)圖像的亮度分布，由"。=丄2^，v。-丄2^i憎魚(yú)眼鏡頭的成像面中心點(diǎn)""，v。)，其中m。，v。為魚(yú)眼鏡頭的成像面中心點(diǎn)坐標(biāo)，iV為亮點(diǎn)像素個(gè)數(shù)，",，v,.是亮點(diǎn)坐標(biāo)。5、根據(jù)權(quán)利要求l縦的標(biāo)筋法，辦征在賴(lài)驟五中^fe眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L的標(biāo)^^的具脅縣根據(jù)標(biāo)定^M推導(dǎo)出丄的計(jì)算公式"罕1,2，M3:標(biāo)^r法，其中，式中//〃場(chǎng)為點(diǎn)戶(hù)/、尸2在光軸GftQ上的臓點(diǎn)至IJ光軸與魚(yú)眼鏡頭表面即魚(yú)眼鏡頭頂切面的交點(diǎn)的距離，A、A為點(diǎn)尸7、尸2到光軸±&影點(diǎn)的距離。6、權(quán)利要求im的標(biāo)^^法，，征在驟六中0^的^:相^^標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y的標(biāo)定方縣固定十字耙標(biāo)湘相機(jī)軸平行，采集圖像，首5feffl3l圓針?lè)较蛑薄墩惆南衩螅袛嘞裨较虻姆较?，在，像^m橫比的情況下，直徑像素點(diǎn)多的為像元短方向，直徑像素點(diǎn)少的為像元長(zhǎng)方向；然后ffliia線檢測(cè)識(shí)別十字直線，并計(jì)算直線與圖像的wv軸夾角，艮P為相M標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角y。7、根據(jù)權(quán)利要求i，的標(biāo)定方法，^ir征在，驟七中0M的^:魚(yú)眼鏡頭徑向畸皿數(shù)《和像^R橫比例因子/的標(biāo)定方法是其中，0feW為成像面中心點(diǎn)的坐標(biāo)，6i,K)為空間入射角為"的一點(diǎn)P械像平面坐標(biāo)系中的成像點(diǎn)&的像素坐標(biāo)，及為點(diǎn)P在空間坐標(biāo)系下與光軸O;02ft的距離；//為點(diǎn)P在光軸QftO;上的職點(diǎn)至恍軸與魚(yú)眼鏡頭表面交點(diǎn)的距離,￡為魚(yú)眼散頂切面至鵬論折射光心平面的距離；為魚(yú)眼鏡頭在成像平面U、7向上的各自徑向畸頓數(shù)分量《"，Kv。全文摘要應(yīng)用于目標(biāo)檢測(cè)的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)標(biāo)定方法包括基于等距投影的魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、成像系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的精確標(biāo)定(包括成像面中心點(diǎn)O₃(u₀，v₀)；魚(yú)眼鏡頭頂切面到理論折射光心平面的距離L；魚(yú)眼鏡頭徑向畸變系數(shù)K；像元縱橫比例因子i；相機(jī)坐標(biāo)系與成像面坐標(biāo)系的平面扭角γ；各參數(shù)標(biāo)定方法及配套軟件。本發(fā)明針對(duì)基于魚(yú)眼鏡頭建立的全方位視覺(jué)系統(tǒng)，分析魚(yú)眼鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)及成像原理，引入畸變參數(shù)，建立魚(yú)眼鏡頭成像系統(tǒng)的物理模型并推導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)自主研發(fā)的標(biāo)定程序，從二維圖像中獲取三維空間信息，以此標(biāo)定成像系統(tǒng)參數(shù)。本發(fā)明適用于各種魚(yú)眼式全景鏡頭標(biāo)定，方便準(zhǔn)確，實(shí)用性強(qiáng)。文檔編號(hào)G06T7/00GK101577002SQ200910069279公開(kāi)日2009年11月11日申請(qǐng)日期2009年6月16日優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日發(fā)明者付華柱,馮為嘉,劉慶杰,曹作良申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)