一种鱼眼镜头内部参数自标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109859276A(43)申请公布日2019.06.07(21)申请号201910053026.5(22)申请日2019.01.21(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号(72)发明人吴军黄明益张永军彭智勇邓仕杰(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司11429代理人石燕妮(51)Int.Cl.G06T7/80(2017.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称一种鱼眼镜头内部参数自标定方法(57)摘要本发明提出一种鱼眼镜头内部参数自标定方法,该方法包括：建立鱼眼成像模型并获得待标定的鱼眼镜头内部参数；根据空间直线在水平面的理想投影椭圆约束建立标定方程；利用鱼眼图像有效区域椭圆轮廓边界及空间直线在鱼眼图像上的投影椭圆弧段信息给出待标定的鱼眼镜头内部参数初值并迭代求解标定方程获得标定参数的最小二乘估计。本发明以空间直线在水平面的理想投影椭圆约束为基础建立标定方程估计鱼眼镜头内部参数，标定计算不涉及相机外部参数，不仅避免了过参数化问题，其标定参数更精确地表征球面透视投影模型，且标定计算形式、过程统一、精度高，可灵活应用于单视、多视条件。CN109859276ACN109859276A权利要求书1/2页1.一种鱼眼镜头内部参数自标定方法，其特征在于，该方法包括：建立鱼眼成像模型并获得待标定的鱼眼镜头内部参数；根据空间直线在水平面的理想投影椭圆约束建立标定方程；利用鱼眼图像有效区域椭圆轮廓边界及空间直线在鱼眼图像上的投影椭圆弧段信息给出待标定的鱼眼镜头内部参数初值并迭代求解标定方程获得标定参数的最小二乘估计。2.根据权利要求1所述的一种鱼眼镜头内部参数自标定方法，其特征在于，所述获得待标定的鱼眼镜头内部参数，具体包括：空间坐标变换，将世界坐标系下任一空间点PW，经旋转和平移空间坐标变换，转换为相机坐标系下的点PC；单位球面映射，将点PC沿射线OCPC方向映射为单位球面上的点PS；球面投影，将点PS正投影到一个与鱼眼镜头主光轴垂直的固定平面，从而获理想投影点Pm(xm,ym)，像素坐标变换，利用相机内部参数将理想投影点坐标变换到鱼眼图像像素坐标；从理想投影点到鱼眼图像像素的坐标变换关系为：2424(u-u0)*(1+k1r+k2r)＝Af*xm,(v-v0)*(1+k1r+k2r)＝f*ym222r＝(u-u0)+(v-v0)其中：(u,v)为鱼眼图像实际像素坐标,(u0,v0)为相机主点坐标，f为相机等效焦距，A为纵横比，k1,k2为径向畸变系数，参数(u0,v0,f,A,k1,k2)为待标定的鱼眼镜头内部参数。3.根据权利要求2所述的一种鱼眼镜头内部参数自标定方法，其特征在于，所述根据空间直线在水平面的理想投影椭圆约束包括：①不同空间直线在球面透视投影下水平面投影椭圆，其椭圆中心为投影球心，长半轴a恒等于投影球面半径Rg，短半轴b长度则与过球心、空间直线的空间平面法线方向相关；②对同一空间直线而言，投影球面半径大小改变仅使其投影椭圆长、短半轴产生等比例缩放。4.根据权利要求3所述的一种鱼眼镜头内部参数自标定方法，其特征在于，所述标定方程为：其中，b为椭圆短半轴，γ为椭圆长轴与坐标X轴旋转角。5.根据权利要求4所述的一种鱼眼镜头内部参数自标定方法，其特征在于，通过以下方式迭代求解标定方程：其中，表示误差方程最小二乘平差结果，所述误差方程V为：2CN109859276A权利要求书2/2页其中，为给定的参数初值；为方程系数，是非线性函数E在给定参数初值下的偏导数；(du0,dv0,dk1,dk2,dA,df,db,dγ)为方程未知数，是非线性函数E的参数增量。3CN109859276A说明书1/8页一种鱼眼镜头内部参数自标定方法技术领域[0001]本发明涉及计算机视觉、数字摄影测量领域，具体涉及一种鱼眼镜头内部参数自标定方法。背景技术[0002]鱼眼镜头具有视角广阔(接近甚至超过180°)、信息量丰富、体积小等优点，是发展轻、小型全方位视觉系统的理想光学传感器，在安全监控、机器人导航、全景泊车等众多领域有极其广泛的应用前景。然而，由于镜头焦距短、视场大特点以及光学原理约束，鱼眼图像存在严重畸变，使用前需将其转换成符合人眼视觉习惯的平面透视投影图像，其前提是获得与鱼眼镜头光学成像模型相联系的一套高精度参数。鱼眼镜头通常由10组以上、甚至多达几十组的光学镜片复杂组合而成，光路计算十分困难，传统的鱼眼镜头标定算法多以球面投影模型来表征其光学成像过程，并通过获取人工标定参照物的标定影像来解算模型参数，如直接利用三维控制点信息及DLT模型迭代求解空间参数，或以二维靶标为标定参照物，先根据靶标点在世界坐标系