摄像机标定方法技术

本发明专利技术公开了一种摄像机标定方法，包括：利用摄像机获取平板靶标图像；获取全部特征点的点中心坐标值；根据径向畸变模型获取摄像机镜头的初始径向畸变系数；将全部特征点的点中心坐标值进行径向畸变校正；采用切向畸变模型获取初始切向畸变系数，根据切向畸变系数对点中心坐标值进行切向畸变校正；获取畸变校正后的摄像机的投影矩阵，根据投影矩阵获取摄像机的内方位参数和外方位参数。本发明专利技术提供的摄像机标定方法，通过利用平行直线的特性并根据摄像机镜头畸变的模型获取摄像机镜头的径向畸变系数，进一步求取切向畸变系数，进行畸变校正，对畸变校正后的摄像机进行摄像机标定，在使摄像机的标定过程简单、方便的情况下提高了摄像机标定的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摄影测量技术，尤其是一种。
技术介绍
摄像机标定是视觉测量领域里从二维图像获取三维空间信息必不可少的 步骤，在摄像机标定的过程中，由于摄像机镜头存在畸变，使所拍摄的图像存在不同程度的畸变。图7a为摄像机理想成像后的示意图，图7b为摄像机 镜头存在筒形畸变成像后的示意图，图7c为摄像机镜头存在枕形畸变成像后 的示意图；在理想的摄像机小孔成像模型中，空间的直线成像后仍为直线， 如图7a所示；实际成像过程中，由于摄像机镜头存在畸变，空间的直线成像 后并非理想的直线，若摄像机镜头存在负畸变，则放大倍率随视场增大而减 小，实际像高小于理想像高，图像的边缘被压缩，成像后的图像成筒形，此 时镜头畸变为筒形畸变，如图7b所示；若摄像机镜头存在正畸变，则放大倍 率随视场增大而增大，实际像高大于理想像高，图像的边缘被拉伸，成像后 的图像成枕形，此时称镜头畸变为枕形畸变，如图7c所示。摄像机镜头畸变并不影响成像的清晰度，但是当需要利用摄像机拍摄的 图像测量空间中的物体的位置及大小时，摄像机镜头畸变成为影响摄影测量 中的主要缺陷，并直接影响被测量物体的测量精度，因此在进行摄像机标定 之前，必须先对摄像机镜头进行畸变校正。通常情况下，摄像机镜头畸变分 为径向畸变和切向畸变，其中，径向畸变为以像面主点为中心的辐射线上存 在的畸变，切向畸变为以像面主点为中心的辐射线的切线方向上存在的畸变。现有技术中，径向排列约束(Radial Alignment Constraint,简称RAC)方法 以摄像机镜头仅存在径向畸变为前提，首先获取除摄像机光轴方向的平移外的摄像机的有效焦距和世界坐标系到光轴方向上的位移近似值等摄像机的有 关方位参数，然后将上述获取的摄像机的有关方位参数作为已知参数，进一 步获取摄像机的有效焦距和世界坐标系到光心坐标系在光轴方向上的位移精确解以及变形系数等摄像机的其它方位参数。由于RAC方法采用线性方程获取摄像机的内方位参数和外方位参数，从而降低了获取摄像机的内方位参数 和外方位参数求解的复杂性，因此使摄像机标定过程较为快捷。专利技术人在实施本专利技术的过程中发现，现有技术中的RAC方法存在如下缺 陷由于RAC方法仅以假设摄像机镜头存在径向畸变为前提条件，忽略了摄 像机镜头存在的切向畸变，因此当对镜头畸变校正的精度要求较高时，RAC 方法并不能达到实际摄影测量精度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，在使摄像机的标定过程简 单、方便的情况下提高摄像机标定的精度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种，包括以下步骤利用摄像机获取位于三维空间中的平板靶标的平板靶标图像，所述平板 靶标上分布有特征点，所述特征点成平行直线分布；获取所述平板靶标图像上全部特征点的点中心坐标值；获取三维空间中关于平板靶标中心对称直线上的特征点的点中心坐标 值，采用直线逼近拟合方法获取初始像面主点坐标值，根据径向畸变模型获 取摄像机镜头的初始径向畸变系数；利用所述初始径向畸变系数将所述平板靶标图像上全部特征点的点中心 坐标值进行径向畸变校正，得到仅存在切向畸变的特征点坐标值；根据所述仅存在切向畸变的特征点坐标值采用切向畸变模型获取初始切 向畸变系数，根据所述初始切向畸变系数对全部特征点的点中心坐标值进行 切向畸变校正，得到切向畸变校正后的校正特征点坐标值；根据所述校正特征点坐标值采用摄像机线性成像模型计算得到畸变校正 后的所述摄像机的投影矩阵，根据所述投影矩阵获取所述摄像机的内方位参 数和外方位参l1。本专利技术提供的，通过利用平行直线的特性并根据摄像机 镜头畸变的模型获取摄像机镜头的径向畸变系数，并进一步得到切向畸变系 数，最终利用径向畸变系数和切向畸变系数进行畸变校正，并对畸变校正后 的摄像机进行摄像机标定，在使摄像机的标定过程简单、方便的情况下提高 了摄像机标定的精度。附图说明图1为本专利技术实施例一的流程示意图； 图2为本专利技术損H象^L标定方法实施例二的流程示意图； 图3为本专利技术实施例二步骤203中拟合直线求初始像面主点坐标值的示意图4为本专利技术实施例二步骤205中获取的点中心坐标值和理想点坐标值的位置示意图5为本专利技术实施例二的平板靶标图像示意图6为本专利技术实施例二的畸变校正前后的点中心坐标值位置示意图7a为摄像机理想成像后的示意图7b为摄像机镜头存在筒形畸变成像后的示意图7c为摄像机镜头存在枕形畸变成像后的示意图。具体实施例方式在理想的摄像机小孔成像模型中，空间的直线成像后仍为直线。由于摄 像机镜头畸变的存在，使得在像面上的直线表现为曲线。若摄像机镜头仅存在径向畸变，则摄像机镜头的径向畸变模型可用下式表示<formula>formula see original document page 8</formula>其中，(x,力为理想的像面坐标，(^,h)为仅存在径向畸变的像面坐标，(Ax,Ay)为径向畸变分量，<formula>formula see original document page 8</formula>为像面主点。根据径向畸变对成像后直线的影响，若一条直线在成像后仍旧保持为直 线，则该直线所成的图像一定通过像面主点。当实际中难以确定该直线是否 过像面主点时，可采用平行直线逼近方法拟合出经过像面主点的直线，不同 方向并且过像面主点的被拟合而成的两条直线的交点就是像面主点("。,v。)。 在本专利技术实施例中，摄像机的内方位参数只与摄像机内部结构有关，与摄像机位置参数无关，其主要包括摄像机的有效焦距、像面主点坐标；摄像机的外方位参数用来描述空间中的摄像机坐标系和空间坐标系的关系，其中 摄像机坐标系表明摄像机在世界坐标系中的位置和方位，主要包括摄像机投 影中心在世界坐标系中的位置(包括三个参数)及光轴的方位角(包括三个 参数)共六个参数。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。 图1为本专利技术t聂像机标定方法实施例一的流程示意图，如图1所示，本实施例包括如下步骤步骤101、利用摄像机获取位于三维空间中的平板靶标的平板靶标图像， 平板把标上分布有特征点，特征点成平行直线分布；步骤102、获取平板靶标图像上全部特征点的点中心坐标值；步骤103、获取三维空间中关于平板靶标中心对称直线上的特征点的点 中心坐标值，采用直线逼近拟合方法获取初始像面主点坐标值，根据径向畸 变模型获取摄像机镜头的初始径向畸变系数；步骤104、利用初始径向畸变系数将平板靶标图像上全部特征点的点中 心坐标值进行径向畸变校正，得到仅存在切向畸变的切向畸变特征点坐标值；步骤105、.根据切向畸变特征点坐标值采用切向畸变模型获取初始切向 畸变系数，根据切向畸变系数对全部特征点的点中心坐标值进行切向畸变校正，得到畸变校正后的校正特征点坐标值；步骤106、根据校正特征点坐标值采用摄像机线性成像^^莫型计算得到畸 变校正后摄像机的投影矩阵，根据投影矩阵获取摄像机的内方位参数和外方 位参数。上述步骤101中，摄像机可以为单反数码相机，特征点可根据实际场景 需要确定其大小和形状，以及平板靶标上相邻特征点之间的距离，只要满足 圓形特征点在平板靶标上成平行直线分布即可。具体地，特征点可设计成圓 形，并按矩阵方式排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摄像机标定方法，其特征在于，包括以下步骤：　利用摄像机获取位于三维空间中的平板靶标的平板靶标图像，所述平板靶标上分布有特征点，所述特征点成平行直线分布；　获取所述平板靶标图像上全部特征点的点中心坐标值；　获取三维空间中关于平板靶标中心对称直线上的特征点的点中心坐标值，采用直线逼近拟合方法获取初始像面主点坐标值，根据径向畸变模型获取摄像机镜头的初始径向畸变系数；　利用所述初始径向畸变系数将所述平板靶标图像上全部特征点的点中心坐标值进行径向畸变校正，得到仅存在切向畸变的特征点坐标值；　根据所述仅存在切向畸变的特征点坐标值采用切向畸变模型获取初始切向畸变系数，根据所述初始切向畸变系数对全部特征点的点中心坐标值进行切向畸变校正，得到切向畸变校正后的校正特征点坐标值；　根据所述校正特征点坐标值采用摄像机线性成像模型计算得到畸变校正后所述摄像机的投影矩阵，根据所述投影矩阵获取所述摄像机的内方位参数和外方位参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董明利，祝连庆，马长正，吕乃光，
申请(专利权)人：北京机械工业学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]