專(zhuān)利名稱(chēng)：一種參數(shù)標(biāo)定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種攝像機(jī)標(biāo)定方法及裝置。
背景技術(shù)：
在圖像測(cè)量過(guò)程以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用中，為確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，必須建立成像的幾何模型，這些幾何模型參數(shù)就是攝像機(jī)或相機(jī)等拍攝裝置的參數(shù)，在大多數(shù)條件下這些參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得至IJ，這個(gè)求解參數(shù)的過(guò)程就稱(chēng)之為攝像機(jī)標(biāo)定(或相機(jī)標(biāo)定)。以攝像機(jī)標(biāo)定為例，現(xiàn)有的攝像機(jī)標(biāo)定方法一般可分為二類(lèi)基于標(biāo)定物的傳統(tǒng)標(biāo)定方法，和基于圖像序列的自標(biāo)定方法。
在傳統(tǒng)標(biāo)定方法中，比較典型的是二步法和平面模板標(biāo)定法。二步法將標(biāo)定工作分為二步，首先確定透視投影矩陣，然后從透視投影矩陣中恢復(fù)出攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)；由于該方法需要制作高精度的三維標(biāo)定塊，實(shí)施起來(lái)較為不便。平面模板標(biāo)定法則根據(jù)位于同一平面上的定標(biāo)點(diǎn)可以建立起關(guān)于攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的二個(gè)方程這一特點(diǎn)，通過(guò)不同位置和方向的幾個(gè)平面來(lái)求解內(nèi)參數(shù)，然后再計(jì)算攝像機(jī)的外參數(shù)。由于平面模板標(biāo)定法只需拍攝若干幅不同角度或位置下的平面模板圖像，操作起來(lái)較為簡(jiǎn)便，因而在實(shí)際中得到了很廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)標(biāo)定方法不同的是，自標(biāo)定方法不需要特定的標(biāo)定物，而是利用場(chǎng)景的幾何知識(shí)或者攝像機(jī)特定運(yùn)動(dòng)的約束關(guān)系，來(lái)進(jìn)行攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)的定標(biāo)。這類(lèi)方法主要是利用了攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)自身存在的約束，而這些約束與場(chǎng)景和攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，通過(guò)求解Kruppa方程或者分層逐步標(biāo)定等方法，恢復(fù)出攝像機(jī)參數(shù)，但由于自標(biāo)定方法較傳統(tǒng)標(biāo)定方法精度要差，因此只是在特定的場(chǎng)合下得到應(yīng)用。另一方面，攝像機(jī)的畸變建模和標(biāo)定也是一個(gè)十分重要的內(nèi)容，實(shí)際攝像機(jī)或多或少都會(huì)存在著鏡頭畸變，攝像機(jī)的畸變有多種類(lèi)型，其中最主要的是徑向畸變，對(duì)于畸變的標(biāo)定，經(jīng)典方法(如平面模板法)先假設(shè)攝像機(jī)為小孔成像模型，標(biāo)定出攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)，然后在通過(guò)非線(xiàn)性?xún)?yōu)化的辦法求出多項(xiàng)式畸變模型參數(shù)，這種方法在攝像機(jī)的畸變不嚴(yán)重時(shí)是可行的，但當(dāng)應(yīng)用于高畸變?nèi)玺~(yú)眼鏡頭時(shí)，該方法就失效了。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)標(biāo)定方法在高畸變情形下會(huì)失效，而自標(biāo)定方法的精度又較傳統(tǒng)方法差，因此，如何實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)便，且能夠處理高畸變圖像，并且具有較高精度的攝像機(jī)(或相機(jī))標(biāo)定方法成為亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種參數(shù)標(biāo)定方法及裝置，可以應(yīng)用于高畸變情形下的攝像機(jī)(或相機(jī))等成像裝置的參數(shù)標(biāo)定，操作簡(jiǎn)便，精度高。第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種參數(shù)標(biāo)定方法，包括獲取一幅標(biāo)定模板圖像，所述標(biāo)定模板圖像通過(guò)拍攝標(biāo)定模板得到；
對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，以提取圖像角點(diǎn)；根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)；根據(jù)計(jì)算出的所述徑向畸變參數(shù)進(jìn)行徑向畸變校正，以重建畸變校正圖像；根據(jù)所述標(biāo)定模板和重建后的畸變校正圖像的透視投影關(guān)系，計(jì)算出內(nèi)外參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)標(biāo)定，所述內(nèi)外參數(shù)包括內(nèi)參矩陣，旋轉(zhuǎn)向量和平移向量?；诘谝环矫娴奶卣?，本發(fā)明還提供了一種參數(shù)標(biāo)定方法，所述方法還包括以重投影誤差最小為準(zhǔn)則，用Levenberg-Marquardt算法對(duì)計(jì)算出的所述內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種參數(shù)標(biāo)定裝置，所述裝置包括 獲取單元，用于獲取一幅標(biāo)定模板圖像，所述標(biāo)定模板圖像通過(guò)拍攝標(biāo)定模板得到；檢測(cè)單元，用于對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，以提取圖像角點(diǎn)；計(jì)算單元，用于根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)；校正單元，用于根據(jù)計(jì)算出的所述徑向畸變參數(shù)進(jìn)行徑向畸變校正，以重建畸變校正圖像；標(biāo)定單元，用于根據(jù)所述標(biāo)定模板和重建后的畸變校正圖像的透視投影關(guān)系，計(jì)算出內(nèi)外參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)標(biāo)定，所述內(nèi)外參數(shù)包括內(nèi)參矩陣，旋轉(zhuǎn)向量和平移向量。結(jié)合第二方面的特征，本發(fā)明還提供了一種參數(shù)標(biāo)定裝置，所述裝置還包括優(yōu)化單元,用于以重投影誤差最小為準(zhǔn)則，用Levenberg-Marquardt算法對(duì)計(jì)算出的所述內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明實(shí)施例提供的方法為了能夠處理高畸變的圖像，首先拍攝一幅標(biāo)定模板圖像，利用平面的標(biāo)定模板的直線(xiàn)在單參數(shù)除法模型下，在標(biāo)定模板圖像上投影成圓弧的約束，估計(jì)出徑向畸變參數(shù)，并進(jìn)行畸變校正，使其符合透視投影成像，然后計(jì)算重建后的畸變校正圖像與平面的標(biāo)定模板之間的單應(yīng)性矩陣，在主點(diǎn)為畸變中心，并且傾斜因子為零的假設(shè)下，估計(jì)出理想焦距，以上述結(jié)果為初值，進(jìn)行非線(xiàn)性?xún)?yōu)化，得到精確的標(biāo)定結(jié)果，本方法具有操作簡(jiǎn)便，方法簡(jiǎn)單，精度高等有益效果。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明的實(shí)施例一提供的參數(shù)標(biāo)定方法流程示意圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一提供的一種標(biāo)定模板的平面示意圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一提供的標(biāo)定模板圖像下的畸變點(diǎn)(xdi，ydi)和畸變校正圖像下的校正點(diǎn)(xui, yui)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的示意圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例二提供的一種參數(shù)標(biāo)定裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種參數(shù)標(biāo)定方法，所述方法包括如下步驟101、獲取一幅標(biāo)定模板圖像，所述標(biāo)定模板圖像通過(guò)拍攝標(biāo)定模板得到；在步驟101中，本實(shí)施例所采用的標(biāo)定模板可以為帶有固定間距圖案陣列的標(biāo)定模板，具體包括棋盤(pán)格標(biāo)定模板、等間距實(shí)心圓陣列標(biāo)定模板等，優(yōu)選地，本實(shí)施例中可以采用在攝像機(jī)(或相機(jī))標(biāo)定方法中常用的棋盤(pán)格標(biāo)定模板，具體如圖2所示。
需要說(shuō)明的是，為了對(duì)攝像機(jī)(或相機(jī))進(jìn)行徑向畸變校正和參數(shù)標(biāo)定，需要拍攝標(biāo)定模板，以獲取一幅標(biāo)定模板圖像，具體實(shí)施中，會(huì)根據(jù)標(biāo)定模板中橫縱方向上格點(diǎn)的個(gè)數(shù)和每個(gè)格點(diǎn)的尺寸，建立標(biāo)定模板在平面上的格點(diǎn)坐標(biāo)的分布情況。102、對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，以提取圖像角點(diǎn)；在步驟102中，由于攝像機(jī)(或相機(jī))鏡頭實(shí)際拍攝的圖像一般都存在畸變，則標(biāo)定模板圖像相對(duì)實(shí)際的標(biāo)定模板而言是存在畸變的圖像，因此，進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)后提取的圖像角點(diǎn)是存在畸變的圖像角點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，角點(diǎn)是圖像很重要的特征，對(duì)圖像圖形的理解和分析有很重要的作用，角點(diǎn)沒(méi)有明確的數(shù)學(xué)定義，一般認(rèn)為角點(diǎn)是二維圖像亮度變化劇烈的點(diǎn)或圖像邊緣曲線(xiàn)上曲率極大值的點(diǎn)，角點(diǎn)在保留圖像圖形重要特征的同時(shí)，可以有效地減少信息的數(shù)據(jù)量，使其信息的含量很高，有效地提高了計(jì)算的速度，有利于圖像的可靠匹配，使得實(shí)時(shí)處理成為可能。角點(diǎn)在三維場(chǎng)景重建、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、圖像配準(zhǔn)與匹配等計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域起著非常重要的作用。目前的角點(diǎn)檢測(cè)算法包括基于灰度圖像的角點(diǎn)檢測(cè)、基于二值圖像的角點(diǎn)檢測(cè)、基于輪廓曲線(xiàn)的角點(diǎn)檢測(cè)等。103、根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)；需要說(shuō)明的是，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，圖像是空間物體通過(guò)成像系統(tǒng)在像平面上的反映，即空間物體在像平面上的投影。圖像上每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度反映了空間物體表面某點(diǎn)的反射光強(qiáng)度，而該像素點(diǎn)在圖像上的位置則與空間物體表面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的幾何位置相關(guān)，這些位置的相互關(guān)系，由攝像機(jī)(或相機(jī))系統(tǒng)的幾何投影模型所決定，其中，三維空間中的物體到像平面的投影關(guān)系即為成像模型，理想的投影成像模型是光學(xué)中的中心投影，也稱(chēng)為針孔模型。在理想透視投影模型下，對(duì)于標(biāo)定模板上的一條直線(xiàn)，在標(biāo)定模板圖像上也應(yīng)為一條直線(xiàn)，但由于實(shí)際圖像存在畸變，因此，對(duì)于標(biāo)定模板上的一條直線(xiàn)，在單參數(shù)除法模型下，在標(biāo)定模板圖像上呈現(xiàn)為一道圓弧。在步驟103中，根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)具體可以包括103a、基于單參數(shù)除法模型，對(duì)攝像機(jī)(或相機(jī))的徑向畸變進(jìn)行建模，以建立所述標(biāo)定1旲板圖像，和，對(duì)所述標(biāo)定1旲板圖像進(jìn)行校正后的崎變校正圖像之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，具體的建模如式(I)所示
W1
d/ -I \Xu—兩CD
式⑴中，xd= (xd, yd)為所述標(biāo)定模板圖像下任意一畸變點(diǎn)的坐標(biāo)，Xu= (xu,yu)為對(duì)Xd= (xd, yd)進(jìn)行校正后的校正點(diǎn)在所述畸變校正圖像下的坐標(biāo)，入為徑向畸變
參數(shù)，Ti2 = xd2+yd20103b、根據(jù)標(biāo)定模板上的直線(xiàn)因成像畸變?cè)跇?biāo)定模板圖像上呈現(xiàn)為圓弧的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合所述圖像角點(diǎn)擬合出的該圓弧的圓弧參數(shù)；具體地，這里假設(shè)標(biāo)定模板上的直線(xiàn)以及該直線(xiàn)在進(jìn)行理想透視投影后的非畸變直線(xiàn)方程為
權(quán)利要求
1.一種參數(shù)標(biāo)定方法,其特征在于,包括 獲取一幅標(biāo)定模板圖像，所述標(biāo)定模板圖像通過(guò)拍攝標(biāo)定模板得到； 對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，以提取圖像角點(diǎn)； 根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)； 根據(jù)計(jì)算出的所述徑向畸變參數(shù)進(jìn)行徑向畸變校正，以重建畸變校正圖像； 根據(jù)所述標(biāo)定模板和重建后的畸變校正圖像的透視投影關(guān)系，計(jì)算出內(nèi)外參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)標(biāo)定，所述內(nèi)外參數(shù)包括內(nèi)參矩陣，旋轉(zhuǎn)向量和平移向量。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)的步驟包括 基于單參數(shù)除法模型，按照下式對(duì)徑向畸變進(jìn)行建模，以建立所述標(biāo)定模板圖像，和，對(duì)所述標(biāo)定1旲板圖像進(jìn)行校正后的崎變校正圖像之丨0]的坐標(biāo)變換關(guān)系
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)計(jì)算出的所述徑向畸變參數(shù)進(jìn)行徑向畸變校正，以重建畸變校正圖像的步驟包括 根據(jù)所述徑向畸變參數(shù)，按照所述畸變校正圖像到所述標(biāo)定模板圖像的逆過(guò)程，求取所述標(biāo)定模板圖像下，與所述畸變校正圖像下的校正點(diǎn)(xui,yui)對(duì)應(yīng)的畸變點(diǎn)(xdi,ydi)的坐標(biāo)； 對(duì)求取的所述標(biāo)定模板圖像下的畸變點(diǎn)(xdi，ydi)的坐標(biāo)，進(jìn)行雙線(xiàn)性插值，以得到重建后的畸變校正圖像中的校正點(diǎn)(Xui' ,Jai')的坐標(biāo)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述標(biāo)定模板和重建后的畸變校正圖像的透視投影關(guān)系，計(jì)算出內(nèi)外參數(shù)的步驟包括 根據(jù)所述標(biāo)定模板和所述重建后的畸變校正圖像之間的透視投影關(guān)系，按照下式估算出單應(yīng)矩陣H :
5.如權(quán)利要求I至4任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 以重投影誤差最小為準(zhǔn)則，用Levenberg-Marquardt算法對(duì)計(jì)算出的所述內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
6.如權(quán)利要求I至5任一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)定模板為帶有固定間距圖案陣列的標(biāo)定模板。
7.一種參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述裝置包括 獲取單元，用于獲取一幅標(biāo)定模板圖像，所述標(biāo)定模板圖像通過(guò)拍攝標(biāo)定模板得到； 檢測(cè)單元，用于對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，以提取圖像角點(diǎn)； 計(jì)算單元，用于根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)； 校正單元，用于根據(jù)計(jì)算出的所述徑向畸變參數(shù)進(jìn)行徑向畸變校正，以重建畸變校正圖像； 標(biāo)定單元，用于根據(jù)所述標(biāo)定模板和重建后的畸變校正圖像的透視投影關(guān)系，計(jì)算出內(nèi)外參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)標(biāo)定，所述內(nèi)外參數(shù)包括內(nèi)參矩陣，旋轉(zhuǎn)向量和平移向量。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元具體包括 建模模塊，用于基于單參數(shù)除法模型，按照下式對(duì)徑向畸變進(jìn)行建模，以建立所述標(biāo)定模板圖像，和，對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行校正后的畸變校正圖像之間的坐標(biāo)變換關(guān)系 I其中，xd = (xd, yd)為所述標(biāo)定模板圖像下任意一畸變點(diǎn)的坐標(biāo)，xu = (xu, yu)為對(duì)Xd=(xd, yd)進(jìn)行校正后的校正點(diǎn)在所述畸變校正圖像下的坐標(biāo)，\為徑向畸變參數(shù)，rd2 =
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述校正單元具體用于 根據(jù)所述徑向畸變參數(shù)，按照所述畸變校正圖像到所述標(biāo)定模板圖像的逆過(guò)程，求取所述標(biāo)定模板圖像下，與所述畸變校正圖像下的校正點(diǎn)(xui, yui)對(duì)應(yīng)的，畸變點(diǎn)(xdi, ydi)的坐標(biāo)； 對(duì)求取的所述標(biāo)定模板圖像下的畸變點(diǎn)(xdi，Ydi)的坐標(biāo)，進(jìn)行雙線(xiàn)性插值，以得到重建后的畸變校正圖像中的校正點(diǎn)(xui' ,yu/ )的坐標(biāo)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定單元具體用于； 根據(jù)所述標(biāo)定模板和所述重建后的畸變校正圖像之間的透視投影關(guān)系，按照下式估算出單應(yīng)矩陣H :
11.如權(quán)利要求7至10任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 優(yōu)化單元，用于以重投影誤差最小為準(zhǔn)則，用Levenberg-Marquardt算法對(duì)計(jì)算出的所述內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種參數(shù)標(biāo)定方法，所述方法包括獲取一幅標(biāo)定模板圖像，所述標(biāo)定模板圖像通過(guò)拍攝標(biāo)定模板得到；對(duì)所述標(biāo)定模板圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，以提取圖像角點(diǎn)；根據(jù)提取的所述圖像角點(diǎn)計(jì)算徑向畸變參數(shù)；根據(jù)計(jì)算出的所述徑向畸變參數(shù)進(jìn)行徑向畸變校正，以重建畸變校正圖像；根據(jù)所述標(biāo)定模板和重建后的畸變校正圖像的透視投影關(guān)系，計(jì)算出內(nèi)外參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)標(biāo)定，所述內(nèi)外參數(shù)包括內(nèi)參矩陣，旋轉(zhuǎn)向量和平移向量；本發(fā)明實(shí)施例還提供一種參數(shù)標(biāo)定裝置，本發(fā)明可以應(yīng)用于高畸變情形下的攝像機(jī)或相機(jī)等成像裝置的參數(shù)標(biāo)定，操作簡(jiǎn)便，精度高。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102750697SQ20121018858
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者朱云芳, 李水平, 杜歆 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司