[实用新型]正五棱台求解摄像机内参数的标定块

说明书

技术领域

本实用新型属于计算机视觉领域，是一种利用一个正五棱台求解摄像机内参数的标定块。

背景技术

计算机视觉的基本任务之一，就是从摄像机获得的二维图像信息出发恢复物体在三维空间中的几何信息，从而识别和重建三维空间中物体的几何形状。在此过程中必须确定空间物体点的三维几何位置与其图像中的对应点之间的相互关系，而这种关系又是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型的参数就是摄像机参数。在大多数情况下，这些参数都是通过实验得到的，这就是摄像机标定。它一般分为传统标定和自标定两种方法，无论哪种标定方法，标定物体都是采用一些特殊的几何模型，例如：平面正方形、三角形，圆，空间立方体、圆柱等等。如何建立这些几何模型与摄像机参数之间的关系尤其是某种线性的关系，是目前摄像机标定所追求的目标，也是目前计算机视觉领域研究的热点之一。

发明内容

本实用新型提供了一种制作简单，适用广泛，稳定性好的用于求解摄像机内参数的标定块。该标定块是将空间中的一个正五棱锥平行于底面切割所得到的。

本实用新型采用如下技术方案：本实用新型是空间中的一个正五棱台，其上底面是一个正五边形，正五边形的一个顶点与对边中点的连线垂直于该对边，其侧面是五个全等的等腰梯形，等腰梯形上下底中点的连线与上下底边垂直，用于摄像机自标定的标定块。在求解摄像机内参数的过程中，只需摄像机选取适当方位拍摄标定块中包含2个侧面和上底面的图像，两幅图像即可线性求解出摄像机的内参数。

本实用新型优点：（1）在一个正五棱台的上底面上可以找到一组正交隐消点，在其一个侧面上也可以找到一组正交隐消点，要求正五棱台的一幅图像至少包括上底面和相邻两个侧面，就可以得到三组正交隐消点，选取某个角度拍摄标定块中包含上底面和两个侧面的两幅图像，在每幅图像上都能找到三组正交隐消点，这样在两幅图像中可以找到六组正交隐消点，利用正交隐消点对绝对二次曲线的约束，就可以算出摄像机内参数；（2）对该标定块的物理尺度没有要求，无需知道各点的世界坐标；（3）稳定性好，使用广泛，图形的构造简便；（4）简化操作，稳定性好，选取适当角度，拍摄两幅含上底面和两侧面的图像即可线性求解出摄像机的内参数。

附图说明

图1 是标定块的结构示意图。

图2是上底面的结构示意图。

图3 是标定块的一个上底面的一组正交隐消点求解原理图。

图4是侧面的结构示意图。

图5是求解侧面正交隐消点的原理图。

具体实施方式

一种用于摄像机自标定的标定块是空间中的一个正五棱台，其上底面是一个正五边形，正五边形的一个顶点与对边中点的连线垂直于该对边，其侧面是五个全等的等腰梯形，等腰梯形上下底中点的连线与上下底边垂直，用于摄像机自标定的标定块。利用两条平行线的交点是无穷远点，而无穷远点的像称为隐消点和共线四点交比的性质，计算出三组正交隐消点，这样再计算第二副图像上的三组正交隐消点，利用正交隐消点对绝对二次曲线的约束，列出六个方程，求解出摄像机的内参数。

标定块结构示意图如图1所示，在世界坐标系的一个平面上，存在一个正五棱台(如图1)，正五棱台的上底面是一个正五边形(如图2) ,角点为:                                                , 是五边形内切圆的圆心。是线段的中点, 垂直于,方向上的无穷远点设为；方向上的无穷远点设为。则与正交。上底面的投影如图3所示，分别是的像，分别是，的像，根据共线四点交比的性质和射影变换中对应点的射影不变性求得的坐标。

正五棱台的侧面是全等的等腰梯形，如图4所示，平行于，分别是和的中点，并连接，是的中点,设，上的无穷远点为，方向上的无穷远点是，如图5，分别是的像，是无穷远点的像点，即：，方向上的隐消点，是无穷远点的像点，即： 方向上的隐消点。因为是和的交点，根据射影变换中对应点的射影不变性和共线四点交比的性质解得的坐标。同理，在另一个相邻的等腰梯形中也能找到一组正交隐消点，记为，。这样，在正五棱台的一幅图像中共可以求出三组正交隐消点，两幅图像就可以求出六组正交隐消点，根据正交隐消点对绝对二次曲线的约束可以列出六个方程，求解出摄像机的内参数。