[发明专利]摄像机凸镜模型自主标定方法

说明书

本发明公开了一种摄像机凸镜模型自主标定方法，基于单帧图像，通过对摄像机散焦模糊‑深度模型进行重构，建立沿任意直线方向的模糊度函数模型；利用图像中直线之间的空间关系，基于消失点约束和Manhattan假说解决散焦模型参数自标定问题。其步骤包括：在物理空间中，重构沿光轴方向的“散焦模糊‑深度”模型；在图像空间中，建立沿直线方向的“散焦模糊‑直线”模型；标定摄像机散焦成像模型参数。本发明仅仅基于一帧图像，不需要借助于专门的标定物或标定场景，实现摄像机散焦模型参数的自主标定。提高凸透镜散焦模型参数标定的自主性和适应性。

技术领域

本发明涉及一种摄像机凸镜模型的标定方法，特别涉及一种自主性和适应性强的摄像机凸镜模型自主标定方法，属于电子信息和机器视觉领域。

背景技术

在计算机视觉领域，根据摄像机的模型，可以从2D图像中恢复出3D深度信息。一种是小孔成像模型，另一种是凸透镜成像模型。而凸透镜成像模型能够更实际地描述光学图像的成像过程，能够更有效地分析图像散焦模糊的本质。

凸透镜散焦成像模型为：其中σ为模糊核，u为景物深度。为了利用图像中的散焦模糊信息恢复3D深度，首先要精确的标定摄像机凸镜成像模型参数a和b。

常用的摄像机标定算法是基于小孔成像模型【任亮，邱天爽.一种基于三正交约束的摄像机标定方法.电子学报，2014,(10):2050-2054.】，通过建立像素2D坐标和场景3D坐标之间的对应关系，运用优化求解算法实现摄像机参数的标定。

而用于摄像机凸透镜散焦成像模型的标定，有以下两类方法：

(1)基于人工标定物或标定场景。为了得到散焦成像的焦距、光圈、像距，利用一个尺寸已知的物体或者利用深度已知的场景【魏阳杰,董再励,吴成东.摄像机参数固定的全局离焦深度恢复.中国图象图形学报,2010,15(12):1811-1817.】。通过检测对应的模糊程度，得到一组数据对(模糊，深度)，通过拟合得到摄像机散焦成像参数。这种标定方法需要人工标定物或场景，要求场景的深度信息是已知的，自主性差。

(2)基于静态场景。对同一静态场景采集多幅模糊程度不同的散焦图像，提取每幅图像的散焦模糊度，结合凸透镜成像几何模型估算散焦成像参数【Park S Y.An image-based calibration technique of spatial domain depth-from-defocus.Patternrecognition letters,2006,27(12):1318-1324.】。这种标定方法要求场景是静态的，需要采集多帧模糊图像，适应性差。

目前摄像机散焦模型标定方法中，要么需要人工标定场景，自主性差；要么是对同一场景采集多幅图像，适应性差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种摄像机凸镜模型自主标定方法，仅仅利用一幅图像，标定出摄像机散焦模型参数，用于散焦深度恢复。提高凸透镜散焦模型参数标定的自主性和适应性。

本发明的技术方案如下：

摄像机凸镜模型自主标定方法，基于单帧图像，通过对摄像机散焦模糊-深度模型进行重构，建立沿任意直线方向的模糊度函数模型；利用图像中直线之间的空间关系，基于消失点约束和Manhattan假说解决散焦模型参数自标定问题。

进一步，本发明的摄像机凸镜模型自主标定方法包括如下步骤：

步骤1：在物理空间中，重构沿光轴方向的“散焦模糊-深度”模型；

步骤2：在图像空间中，建立沿直线方向的“散焦模糊-直线”模型；

步骤3：标定摄像机散焦成像模型参数。