本发明专利技术涉及一种基于不共面控制直线成像标定像机参数的两步法。采用直线特征进行线性参数的标定和像差系数的计算。其主要步骤如下：（1）提取控制直线成像特征点，拟合图像直线；（2）利用图像直线和控制直线对像机线性参数进行计算；（3）对控制直线进行重投影成像；（4）利用重投影直线、内参数和实际像点计算像差系数；（5）修正实际像点；（6）修正后的像点重新拟合直线，循环迭代至结果收敛；（7）循环结束后再次计算像差系数。本发明专利技术考虑到直线特征普遍存在于摄像场景中，而且直线特征相比点特征具有更加稳定、提取精度更高的优势，提出了利用直线特征对像机参数进行标定的方法，方法原理简单、易于实现，方便实用，精度较好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机视觉领域及摄像测量领域，涉及一种利用直线特征进行像机参 数的标定的方法。
技术介绍
从二维图像信息中获取被测物体的三维结构、度量等信息是计算机视觉及摄像测 量的基本任务之一。而从二维图像信息恢复被测物体的三维信息是被测物体成像的逆过 程，此逆过程需要明确二维图像信息与被测物体的三维信息之间的对应关系，即明确由像 机的参数来描述的像机成像模型，也即像机参数的标定。摄像测量中，点特征普遍存在于摄 像场景中，基于点特征进行像机参数标定的两步法是较为常用的，但是直线特征也普遍存 在于摄像场景中，且直线特征相比点特征有着更加稳定、提取精度较高的优点，因此在摄像 测量中基于直线特征标定像机参数的方法算法也是研究热点。通常基于直线特征的两步法 中，第一步对控制直线所成像上的点进行直线拟合，得到理想直线参数，进而标定像机线性 参数；第二步将带有畸变的图像直线拟合成二次曲线与理想图像直线联立进行像差系数的 求解，此步骤实际得到的是将二次曲线拟合成的直线和理想直线之间的像差系数，而非带 有畸变的实际像点与理想直线的像差系数。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于摄像场景中普遍存在的直线特征信息进行像机参数标定 的方法，该方法要求空间控制直线不共面。方法主要分两部分，一是像机线性参数的标定， 采用不共面控制直线及其成像直线的成像关系实现像机参数的标定；二是实际像点和理想 直线之间的像差系数的求解。 本专利技术采用如下技术方案： 利用不共面控制直线及其成像直线的成像关系实现像机参数的标定，其具体步骤包 括：从图像中提取控制直线成像后的多个直线特征点，进行直线拟合，得到图像直线系数， 然后利用控制直线参数与图像直线系数标定像机线性参数，将控制直线进行重投影得到理 想直线系数，联立内参数、控制直线参数和畸变像点计算像差系数，再运用解算的像差系 数修正畸变像点，重新拟合图像直线系数，如此循环迭代至结果收敛，最后再次计算像差系 数。 1、拟合图像直线 从图像中提取控制直线成像后的多个特征点，运用最小二乘法对多个特征点进行直线 拟合，得到图像直线系数aAc ; 2、不考虑像差，利用图像直线系数和控制直线参数对像机线性参数进行计算 控制直线采用两面相交的表达形式，将控制直线参数与图像直 线系数按成像关系联立得到以下两个方程：或藏:(^为过控制直线的某一平面的 参数；l 为过控制直线的另一平面的参数；控制直线可以用两个平面相交的形式 给出，即Λ·5, C，A足A (67, U联立起来可以表示一条控制直线。 控制直线采用两面相交的表达形式图像直线形式为 投影矩阵 由中心透视投影得到将坐标非齐次化得代入图像直线方程得将 控制直线方程中的Υ、Ζ用X来表示得到代入上式整理得到 为下面两个方程式等号的 左端的简化表亦； 要想上式成立系数对于任意X成立，F、G均为0,得到下式一般而言％1 = ·ζ >0，由此对上式进行变量替换得到关于中间变量聲的方程。一条控制直线可列出两个方程，多条控制直线即可列出 线性方程组，运用最小二乘法解线性方程组，得到中间变量帶，再由％:得到投影矩阵:狀，，分解投影矩阵Μ得到像机线性参数：像 主点%每，等效焦距::??，欧拉角％%各，平移向量1^5。 参数说明： Λ昃为过控制直线的某一平面的参数； 尤扒C,￡)f为过控制直线的另一平面的参数； 控制直线可以用两个平面相交的形式给出，即式式G A尤联立起来可以表 示一条控制直线。 :義_4老表示控制直线上的点； Μ为投影矩阵，，(6 = I··,1 D为投影矩阵的元素； 尤7为图像平面上对应于直线上点的理想像点坐标； 为图像平面上对应于直线上点的有畸变的实际像点坐标； 分为像点齐次坐标形式的比列因子； Λ及G D, n,C Ζ>A及C; Z3Uy，C? ：)为下面两个方程式等号的 左端的简化表不； 为像主点； 为等效焦距； 为欧拉角； 为平移向量； 知-％为像差系数； 冬4分别为X，y方向上的像差； 为理想像点的归一化图像坐标； 为实际像点的归一化图像坐标； 3、利用线性参数对控制直线进行重投影 根据投影成像关系将控制直线进行重投影作为理想直线： 由下式：整理将图像直线系数提出来得到：图像直线仅有两个自由度，因此由上式方程组可以求解出图像直线系 数，作为理想图像直线系数。 4、利用重投影直线、内参数和实际像点计算像差系数，所述步骤（4)采用的是重投 影直线系数、由步骤（2)得到的内参数、提取的实际特征点和控制直线参数联合进行求解像 差系数.?~心，而不是采用理想像点或是拟合二次曲线，具体为： 像差模型为其中龙次为实际像点，夕为理想像点，知为像差系数，·、％为像机等效焦距。为归一化图像坐标。 此处像差是用理想像点的归一化坐标定义，但是在实际条件中，我们无法明确知 道理想像点的精确坐标，两步法迭代中，由于实际像点被不断修正而渐趋于理想像点，因而 也就相当于渐趋于以理想像点定义像差模型，与实际像差模型相一致，由此实际像点归一 化坐标定义的像差：将其像差模型带入理想图像直线方程呀+= = Q，整理得直线上的一个点可列出一个关于像差系数的方程，直线上的多个点即可列出相应线性 方程组，运用最小二乘法解线性方程组得到像差系数％-%。 5、修正畸变像点 得到像差系数后，将像差系数代入像差模型对实际像点茶次进行修正。 6、重新拟合图像直线，循环迭代求解像机线性参数 对修正后的像点重新进行直线拟合，重复步骤（1 )，循环迭代至结果稳定，退出循环。 7、再次求解像差系数~ & 因在循环迭代过程中，被修正的实际像点逐渐接近理想像点，由此在最后一次循环得 到的相差系数％应趋近于零，所以需要重新计算像差系数。与此同时，由于被修正后的 像点逐渐接近理想像点，可运用最后的修正的像点作为理想像点夂夕，提取得到未经过修 正的像点作为实际像点，代入像差模型整理得到：一个点可列出关于像差系数的两个方程，多点即可以列出相应的线性方程组，运用最 小二乘法解线性方程组得到最终的像差系数％·-·%。 本专利技术考虑到直线特征普遍存在于摄像场景中，而且直线特征相对点特征更加稳 定、精度更高，方法原理简单、易当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于不共面控制直线成像标定像机参数的两步法，采用直线特征进行线性参数的标定和像差系数的计算，其特征在于，首先从图像中提取控制直线成像后的多个特征点，进行直线拟合，得到图像直线系数，然后利用控制直线参数与拟合图像直线系数标定像机线性参数，而后重投影控制直线，利用重投影直线、内参数和实际像点计算像差系数，再运用解算的像差系数修正畸变像点，重新拟合图像直线，如此循环迭代，具体步骤包括：（1）提取图像上控制直线成像后的特征点，进行直线拟合得到图像直线系数，（2）用图像直线系数和控制直线参数对像机线性参数进行标定，（3）利用线性参数重投影直线，（4）利用重投影直线、内参数和实际像点计算像差系数，（5）修正畸变像点，（6）重新拟合图像直线，循环迭代至结果收敛，对修正后的像点重新进行直线拟合，重复步骤（1），循环迭代至结果稳定，退出循环，（7）再次计算像差系数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尚洋，施忠臣，王刚，姚林伸，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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