[发明专利]空间四条不平行直线的像标定抛物折反射摄像机内参数

说明书

技术领域

本发明属于计算机研究领域，涉及一种用于求解抛物折反射摄像机内参数的方法。利用空间中四条不平行且不交于一点的直线作为标定模板，利用二次曲线的性质得到12组正交方向隐消点的像，线性地确定抛物折反射摄像机内参数。

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。在大多数条件下，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、空间立方体及圆柱等等。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。

抛物折反射摄像机由一个抛物镜面和一个正交摄像机组成，可视范围大且保持单视点约束，是现代视觉领域研究热点。文献“Plane-based calibration of central catadioptric cameras”，（S.Gasparini, P.Sturm, J.P.Barreto，IEEE 12th International Conference on Computer Vision, pp. 1195-1202, 2009）要用到有控制点的二维模板，这些控制点可以是角点、画上去的点或者任何容易由图像上提取的点，但是这种方法需要用迭代的方法求解内参数和外参数。文献“Calibration of central catadioptric cameras using a DLT-like approach”（L.Puig, Y.Bastanlar, P.Sturm, J.J.Guerrero, J.Barreto, International journal of Computer Vision, vol.93, pp. 101-114, 2011）提出基于三维点的标定，这种方法需要知道单幅图像上三维点的位置。文献“Generic self-calibration of central cameras”（S.Ramalingam, P.Sturm, S.K.Lodha, Computer Vision and Image Understanding, vol. 114, pp. 210-219, 2010）提出一种自标定方法，无需知道点的空间位置及摄像机位置，但要利用多幅图像上点的对应关系。

直线是场景最常见的几何元素，且直线的抛物折反射成像一般是二次曲线，二次曲线在摄像机标定过程中有很多良好的性质，利用直线的抛物折反射投影进行标定，方法简便易行，因而就不需要特殊的标定模板。文献“Paracatadioptric camera calibration”（C.Geyer, K.Daniilidis, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.24,No.5，pp.687-695,2002)用三条直线的图像标定抛物折反射摄像机。文献“Geometric properties of central catadioptric line images and there application in calibration”(I.P.Barreto, H.Araujo，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,vol.27，No.8，pp.1327-1333,2005)研究了中心折反射模型下直线图像的几何性质，并提出了适用于任何类型的中心折反射系统的标定方法。文献“Catadioptric camera calibration using geometric invariants”（X.Ying, Z.Hu, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 26，No.10, pp.1260-1271,2004）分析了折反射摄像机内参数与球的成像轮廓之间的关系，他们利用直线和球的投影进行标定，直线提供了三个不变量，球提供了两个不变量。

发明内容