一種用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法，包括以下步驟：繪制黑白棋盤格圖，使用棋盤格作為平面控制條件；建立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，平面控制點稱為X角點；提取X角點的子像素。本發(fā)明的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法基于其角點的對稱性、尺度不變性和領(lǐng)域特性，提出一種有效的角點提取算法。同時針對格網(wǎng)邊緣的特性，提出雙邊緣的匹配算法提取高精度的角點。本發(fā)明提出的相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法具有很強的魯棒性的黑白棋盤格角點提取算法，并可以高精度的定位角點。
【專利說明】
一種用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于相機檢校技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于相機檢校的黑白棋盤格角點提 取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計算機的出現(xiàn)，通過計算機圖像處理和射影幾何獲取被攝物體幾何以及紋理 信息已經(jīng)成為了數(shù)字?jǐn)z影測量與計算機視覺界的研究熱點，無論是最早的膠片相機還是現(xiàn) 在的數(shù)碼相機，它們獲取的影像都存在或大或小的畸變，并且由于相機結(jié)構(gòu)和成像機理的 差異導(dǎo)致了畸變的差異。因此，要想利用這些影像來進行高精度的測量，就必須進行必要的 相機畸變差測定和補償，同時也需要精確測定出相機的主距和像主點坐標(biāo)值等，攝影測量 界中稱這個過程為相機檢校，而計算機視覺界中稱之為相機標(biāo)定，目前對數(shù)碼相機檢校理 論的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，國內(nèi)外許多攝影測量和計算機視覺專家也提出了各種行之有效的 檢校方法。
[0003] 使用平面控制條件，如平面格網(wǎng)板、聚脂薄膜格網(wǎng)、打印紙張格網(wǎng)、LCD繪制圓等作 為相機檢校參考對象已被廣泛使用，黑白棋盤格更是廣泛使用。眾多廠商已使用陶瓷、玻璃 等材料制作了高精度的棋盤格式標(biāo)定片?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)實現(xiàn)了黑白棋盤格角點的自動提 取并實現(xiàn)了基于二維平面模板的標(biāo)定算法，使用棋盤格作為平面控制條件，首先是格網(wǎng)點 的提取，一般使用內(nèi)角點作為平面控制點。多數(shù)學(xué)者采用算子提取特征點，對提取特征點進 行處理后獲得有效格網(wǎng)角點。黑白棋盤格角點作為人造的特征，有其自身的特性(對稱性和 尺度不變特性），另外提取的X角點與其鄰域點有重要幾何特性(鄰域特性），利用該特性對X 角點進行錯誤檢測及編號。提取X角點后，接下來是使用相機的成像特性選取檢校方法，從 學(xué)科的角度可分為計算機視覺方法、攝影測量方法。但現(xiàn)有技術(shù)中沒有提出一種有效的邊 緣匹配算法來對相機進行檢校。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于相機檢校的黑白棋 盤格角點提取方法，采用自適應(yīng)邊緣模板和雙邊緣特性提取高精度的X角點，提高相機檢校 的精度。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種用于相機檢校的黑白棋盤 格角點提取方法，包括以下步驟：
[0006] -、繪制黑白棋盤格圖，使用棋盤格作為平面控制條件；
[0007] 二、建立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，平面控制點稱為X角點；
[0008] 三、提取X角點的子像素。
[0009] 作為上述方案的改進，在本發(fā)明的一實施例中，所述繪制黑白棋盤格圖，具體包 括：
[0010] 截取黑白棋盤格圖中兩類X角點的局部圖像，并對兩類局部圖像黑白取反；
[0011]提取X角點的對稱特性；
[0012]提取X角點的尺度特性。
[0013] 優(yōu)選地，所述建立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，具體包括：
[0014] 提取的X角點可分為四個外角點（C)、邊界角點(E)、內(nèi)角點(H)，以I類X角內(nèi)角點Η 為例描述其鄰域特性，離內(nèi)角點Η距離最近點的8領(lǐng)域點用Ν1~Ν8表達，其中Ν1~Ν4為II類 點、Ν5~Ν8為I類點；內(nèi)角點(Η)與Ν1~Ν4點局部影像相關(guān)系數(shù)小于0,與Ν5~Ν8點局部影像 相關(guān)系數(shù)大于〇,選擇與內(nèi)角點(Η)關(guān)系數(shù)小于0的領(lǐng)域點Ν1~Ν4,滿足以下條件：
[0015] (3)Ν1、Ν2、Ν3、Ν4組成的多變形為凸多邊形；
[0016] (4)直線長度比值
[0017] (3)以Η為原點，以Η與Ni(i = l，2,3,4)和Nj(j = 2,3,4，l)中點連線為Υ軸，建立的直 角坐標(biāo)系，則價、吧、吧、財分布在這個坐標(biāo)系的四個象限中；
[0018] 對于邊界點E，一定在近邊界內(nèi)角點Η的四領(lǐng)域點N1~N4中；
[0019]設(shè)Η與Ν1~Μ點的距離最大值為Dif'對于角點C，與其最近的內(nèi)點Η的距離為1^， 設(shè)
，.則Cs小于某一閾值。
[0020] 作為上述方案的改進，在本發(fā)明的一實施例中，所述建立平面控制點領(lǐng)域特性及 編號，還包括：
[0021] 對內(nèi)角點Hi，選擇四領(lǐng)域點Nf、Nf、Nf、Nf構(gòu)成四邊形，以對角點連線建立直 線，分別為L y _、L__ _:
[0022] 以L1##為例，在該直線上的內(nèi)角點圯滿足以下條件：以內(nèi)角點圯構(gòu)建的直線 與夾角大的直線，構(gòu)成該直線點的兩個鄰域點，分布在兩側(cè)，依 據(jù)該條件搜索所有在L1##的內(nèi)角點比，則內(nèi)角點比及出對角領(lǐng)域點與L1##夾角小的兩個 點也在上；
[0023] 設(shè)所有在L1##的角點Hj構(gòu)成點直線方程為Lx，所有在角點Hj構(gòu)成點直線方 程為ΙΛ對構(gòu)建后直線方程進行排序，依據(jù)排序后直線方程對X角點進行編號。
[0024] 進一步的，所述提取X角點的子像素，具體包括：
[0025] 提取格網(wǎng)點邊緣特征，將拍攝的黑白棋盤格影像灰度值作為高度值進行配色顯示 和二維顯不；
[0026]邊緣匹配，采用函數(shù)描述棋盤格網(wǎng)影像黑白過度區(qū)域邊緣特征，緣灰度值與理論 模板曲線的關(guān)系可表達為：
[0028]其中Ηο、^用于描述影像灰度值與理論邊緣點輻射變化、K用于調(diào)節(jié)邊緣陡峭程度。
[0029]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法基于 其角點的對稱性、尺度不變性和領(lǐng)域特性，提出一種有效的角點提取算法。同時針對格網(wǎng)邊 緣的特性，提出雙邊緣的匹配算法提取高精度的角點。本發(fā)明提出的相機檢校的黑白棋盤 格角點提取方法具有很強的魯棒性的黑白棋盤格角點提取算法，并可以高精度的定位角 點。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法的流程圖。
[0031] 圖2是本發(fā)明的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法中的X角點的鄰域特性 圖。
【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明使用棋盤格作為平面控制條件，首先是格網(wǎng)點的提取，使用內(nèi)角點，本發(fā)明 稱為X角點，作為平面控制點。黑白棋盤格角點作為人造的特征，有其自身的特性，稱為對稱 性和尺度不變特性，另外提取的X角點與其鄰域點有重要幾何特性，稱為鄰域特性，利用該 特性對X角點進行錯誤檢測及編號。提取X角點后，接下來是使用相機的成像特性選取檢校 方法，從學(xué)科的角度可分為計算機視覺方法、攝影測量方法。本發(fā)明采用攝影測量的光束法 平差(Bundle adjustment)，該方法可以同時確定目標(biāo)三維坐標(biāo)和相機內(nèi)參數(shù)，即自檢校 (Self-calibration)光束法平差。本發(fā)明使用IXD繪制棋盤格，IXD本身也存在誤差，包括平 面誤差及高程誤差(LCD的平整度），光束法平差將這些誤差作為未知數(shù)同時解算。
[0033] 采用光束法平差進行相機檢校，取決觀測值的精度，即X角點的提取精度，棋盤格 網(wǎng)作為人造特征，格網(wǎng)黑白變換處形成階躍邊緣，邊緣匹配可以高精定位邊緣，使用提取的 邊緣直線相交計算子X角點子像素坐標(biāo)。本發(fā)明針對黑白棋盤格網(wǎng)提出采用自適應(yīng)邊緣模 板和雙邊緣特性提取高精度的X角點。
[0034] 具體地，如圖1所示，本發(fā)明的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法包括以下 步驟：
[0035] S1、繪制黑白棋盤格圖，使用棋盤格作為平面控制條件，具體包括：
[0036] 截取黑白棋盤格圖中兩類X角點的局部圖像，并對兩類局部圖像黑白取反，每類X 角點其原始局部影像與另一類點的反向圖像相似。對于X角點，同類X角點局部影像相關(guān)系 數(shù)約等于1，不同類X角點局部影像相關(guān)系數(shù)約等于-1。
[0037] 提取X角點的對稱特性，設(shè)圖像的灰度值為F，設(shè)黑白棋盤格X角點圖像白色部分的 灰度值為W、黑色部分影像灰度值為B，圖像灰度的均值為F，像素灰度值對于不同對稱方式 的關(guān)系如表1。
[0038] 表1X角點對稱特性像素值關(guān)系
[0039]
[0040] 使用對稱軸對X角點圖像進行變換，變換后的圖像表達式及特性見表2;
[0041 ]表2影像變換及特性
[0043]提取X角點的尺度特性，使用影像金字塔的方式表達尺度空間。
[0045] 依式1-1計算不同尺度影像的相關(guān)系數(shù)應(yīng)約等于1。
[0046] S2、建立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，平面控制點稱為X角點，具體包括：
[0047] 如圖2所示，提取的X角點可分為四個外角點(C)、邊界角點(E)、內(nèi)角點(H)，以I類X 角內(nèi)角點Η為例描述其鄰域特性，離內(nèi)角點Η距離最近點的8領(lǐng)域點用N1~N8表達，其中N1~ Ν4為II類點、Ν5~Ν8為I類點；內(nèi)角點(Η)與Ν1~Ν4點局部影像相關(guān)系數(shù)小于0,與Ν5~Ν8點 局部影像相關(guān)系數(shù)大于〇,選擇與內(nèi)角點(Η)關(guān)系數(shù)小于0的領(lǐng)域點Ν1~Ν4,滿足以下條件：
[0048] (1)Ν1、Ν2、Ν3、Ν4組成的多變形為凸多邊形；
[0049] (2)直線長度比值
[0050] (3)以Η為原點，以Η與Ni(i = l，2,3,4)和Nj(j = 2,3,4，l)中點連線為Υ軸，建立的直 角坐標(biāo)系，則價、吧、吧、財分布在這個坐標(biāo)系的四個象限中；
[0051 ] 對于邊界點E，一定在近邊界內(nèi)角點Η的四領(lǐng)域點N1~N4中；
[0052] 設(shè)Η與Ν1~Ν4點的距離最大值為〇|px ,對于角點C，與其最近的內(nèi)點Η的距離為D§， 設(shè)
，則CS小于某一閾值D
[0053] 對內(nèi)角點出，選擇四領(lǐng)域點％1、Nf、N?、Nf構(gòu)成四邊形，以對角點連線建立直 線，分別為:
[0054] 以L1##為例，在該直線上的內(nèi)角點Hj滿足以下條件：以內(nèi)角點Hj構(gòu)建的直線 Llfh4與UiMf夾角大的直線，構(gòu)成該直線點的兩個鄰域點，分布在兩側(cè)，依 據(jù)該條件搜索所有在的內(nèi)角點Hj，則內(nèi)角點Hj及Hj對角領(lǐng)域點與夾角小的兩個 點也在L^ij^上。
[0055] 設(shè)所有在的角點Hj構(gòu)成點直線方程為ΙΛ所有在I4i2_角點Hj構(gòu)成點直線方 程為ΙΛ對構(gòu)建后直線方程進行排序，依據(jù)排序后直線方程對X角點進行編號。
[0056] S3、提取X角點的子像素，具體包括：
[0057] 提取格網(wǎng)點邊緣特征，將拍攝的黑白棋盤格影像灰度值作為高度值進行配色顯示 和三維顯示。
[0058]邊緣匹配，采用函數(shù)描述棋盤格網(wǎng)影像黑白過度區(qū)域邊緣特征，緣灰度值與理論 模板曲線的關(guān)系可表達為：
[0060] 其中出、出用于描述影像灰度值與理論邊緣點輻射變化、K用于調(diào)節(jié)邊緣陡峭程度。
[0061] 本發(fā)明采用通過不同型號數(shù)碼相機、不同型號的繪制設(shè)備來繪制黑白棋盤格網(wǎng)， 基于X角點自身特性(對稱性、尺度不變性、領(lǐng)域特性）的角點提取算法具有很強的魯棒性， 提供一種有效的X角點提取算。通過光束法平差驗證表明雙邊緣的邊緣匹配算法可以提取 高精度X角點，也表明本發(fā)明提出邊緣匹配算法一種有效的邊緣定位算法。
[0062] 上述實施例揭示的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法基于其角點的對稱 性、尺度不變性和領(lǐng)域特性，提出一種有效的角點提取算法。同時針對格網(wǎng)邊緣的特性，提 出雙邊緣的匹配算法提取高精度的角點。本發(fā)明提出的相機檢校的黑白棋盤格角點提取方 法具有很強的魯棒性的黑白棋盤格角點提取算法，并可以高精度的定位角點。
[0063] 以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利 范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法，其特征在于:包括W下步驟： 一、 繪制黑白棋盤格圖，使用棋盤格作為平面控制條件； 二、 建立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，平面控制點稱為X角點； Ξ、提取X角點的子像素。2. 如權(quán)利要求1所述的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法，其特征在于:所述繪 制黑白棋盤格圖，具體包括： 截取黑白棋盤格圖中兩類X角點的局部圖像，并對兩類局部圖像黑白取反； 提取X角點的對稱特性； 提取X角點的尺度特性。3. 如權(quán)利要求1所述的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法，其特征在于:所述建 立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，具體包括： 提取的X角點可分為四個外角點（C)、邊界角點化）、內(nèi)角點化），WI類X角內(nèi)角點Η為例 描述其鄰域特性，離內(nèi)角點Η距離最近點的8領(lǐng)域點用Ν1~Ν8表達，其中Ν1~Ν4為II類點、Ν5 ~Ν8為I類點；內(nèi)角點化)與Ν1~Ν4點局部影像相關(guān)系數(shù)小于0,與Ν5~Ν8點局部影像相關(guān)系 數(shù)大于0,選擇與內(nèi)角點化)關(guān)系數(shù)小于0的領(lǐng)域點Ν1~Μ，滿足W下條件： (1) Ν1、Ν2、Ν3、Μ組成的多變形為凸多邊形； (2) 直線長度比值(3) WH為原點，WH與Ni(i = l，2,3,4)和Nj(j = 2,3,4，l)中點連線為Y軸，建立的直角坐 標(biāo)系，則N1、N2、N3、M分布在運個坐標(biāo)系的四個象限中； 對于邊界點Ε，一定在近邊界內(nèi)角點Η的四領(lǐng)域點Ν1~Μ中； 設(shè)Η與Ν1~Ν4點的距離最大值為Dffax，對于角點C，與其最近的內(nèi)點Η的距離為:D|，設(shè)，則Cs小于某一闊值。4. 如權(quán)利要求3所述的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法，其特征在于:所述建 立平面控制點領(lǐng)域特性及編號，還包括： 對內(nèi)角點出，選擇四領(lǐng)域點Njl、N,2、Nf、N,4構(gòu)成四邊形，W對角點連線建立直線， 分別支為例，在該直線上的內(nèi)角點Hj滿足W下條件：W內(nèi)角點Hj構(gòu)建的直線契角大的直線，構(gòu)成該直線點的兩個鄰域點，分布在兩側(cè)，依 據(jù)該條件捜索所有在的內(nèi)角點町，則內(nèi)角點&及&對角領(lǐng)域點與夾角小的兩個 點也在Ll^Nf上； 設(shè)所有在誠3的角點&構(gòu)成點直線方程為片所有在神點&構(gòu)成點直線方程為 1Λ對構(gòu)建后直線方程進行排序，依據(jù)排序后直線方程對X角點進行編號。5.如權(quán)利要求1所述的用于相機檢校的黑白棋盤格角點提取方法，其特征在于:所述提 取X角點的子像素，具體包括： 提取格網(wǎng)點邊緣特征，將拍攝的黑白棋盤格影像灰度值作為高度值進行配色顯示和Ξ 維顯示； 邊緣匹配，采用函數(shù)描述棋盤格網(wǎng)影像黑白過度區(qū)域邊緣特征，緣灰度值與理論模板 曲線的關(guān)系可表達為：其中化、Hi用于描述影像灰度值與理論邊緣點福射變化、K用于調(diào)節(jié)邊緣睹峭程度。
【文檔編號】G06T7/00GK106097319SQ201610392800
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月4日 公開號201610392800.1, CN 106097319 A, CN 106097319A, CN 201610392800, CN-A-106097319, CN106097319 A, CN106097319A, CN201610392800, CN201610392800.1
【發(fā)明人】王海濤, 邱儒瓊, 李強, 洪亮, 張露林, 余曉敏, 陳曉茜
【申請人】湖北省基礎(chǔ)地理信息中心（湖北省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用技術(shù)研究院）