[发明专利]一种多鱼眼镜头全景相机的矫正和标定方法

说明书

本发明提供了一种多鱼眼镜头全景相机的矫正和标定方法，包括以下步骤：在步骤S1中，建立多鱼眼镜头全景相机的用于矫正和标定的标定场；在步骤S2中，获取多鱼眼镜头中每个鱼眼镜头的图像；在步骤S3中，对获取的每个鱼眼镜头的图像进行球面投影矫正；在步骤S4中，对球面投影矫正后的图像进行标定；在步骤S5中，对矫正后的图像的内部参数和外部参数进行优化；在步骤S6中，得到所需的不同鱼眼镜头之间的姿态变换。

技术领域

本发明涉及计算机图像处理领域，具体涉及光学图像的计算机处理。更具体而言，本发明涉及利用多鱼眼镜头全景相机进行全景图像拼接的矫正和标定方法。

背景技术

现有的普通相机的视场角小，通常小于100度，而且观测范围有限，限制了其对周围360环境同时进行观测的应用。而鱼眼镜头视场角可以达到180度及以上，可以利用两个及其以上的鱼眼镜头进行同步拍摄达到全景的效果。

目前，现有的图像畸变矫正技术通常利用平面透视投影约束，由三维空间中的直线映射到二维平面中，其适用于视场角小，畸变量小的图像。但是，鱼眼镜头所拍摄的图像却不满足该约束规则，因为它将所观测的物体投影到球面上。所以，如何得到鱼眼镜头的球面投影映射关系，并建立鱼眼镜头的非常规成像模型，就显得尤为重要。

目前，全景相机通常由2个180度的鱼眼镜头构成，由于这种相机视野重叠区不足，会导致在看两个镜头的拼接处出现明显的错位或扭曲。利用更多个(多于2个)的鱼眼镜头，可以在一定程度上解决错位或扭曲问题，但是，也会存在如何对多个镜头进行精确的相对姿态的估计的问题。

因此，随着技术和应用场合的发展和变化，本领域中急需针对多鱼眼镜头全景相机的矫正和标定提供改进的方法，以克服现有技术中的以上技术缺陷，以及其它技术问题。

本发明的说明书的此背景技术部分中所包括的信息，包括本文中所引用的任何参考文献及其任何描述或讨论，仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是将限制本发明范围的主题。

发明内容

鉴于以上所述以及其它更多的构思而提出了本发明。本发明旨在解决以上的技术缺陷和其它的技术问题。

本发明构建了一套完整的对多鱼眼镜头组合的全景相机进行图像矫正及空间位置估计的系统与方法。

更精确地说，本发明提供了在存在光学靶标的自然环境下矫正全景相机的多个鱼眼镜头的图像畸变，并估算不同鱼眼镜头之间的空间相对位置关系的一套完整系统与方法。

根据本发明的一方面，本发明提出，例如，在人工布置的室内标定场内，获取多路如四路同步拍摄的图像，并利用本发明的鱼眼镜头投影模型对镜头的畸变参数进行计算，进行矫正。之后，利用已经矫正过的四组图像在特殊布置的标定场内进行精确的内外部参数进行估算(其中例如包括镜头的焦距和主焦点以及镜头之间的旋转变换与平移变换)，从一组2D点的映射中估计物体的3D姿态。

在图像矫正环节，由于鱼眼镜头的前镜片直径很短且呈抛物状向镜头前部凸出而造成它拍摄的图像最终映射到一个单位球体中，所以，鱼眼镜头在感光元件上的成像与普通得针孔成像有着巨大区别。所以在该图像矫正环节，本发明设计以一种多项式拟合的方法，经过自动角点提取，多项式拟合，最小投影误差优化等步骤之后，就可以将已经被投影在球体上变成圆弧的空间直线强行矫正为其原始状态，而使其矫正为符合小孔成像原理的图像。

在图像标定环节，根据本发明图1-2所示的一种四个鱼眼镜头，由于其原件制造精度，镜头安装精度等存在误差，任意两个相邻鱼眼镜头之间的夹角并不是理想的120度。因此，如何精确估计出镜头间的姿态(外部参数的一种)变换，是后期避免在拼接缝处出现明显错位的关键。本发明在人工布置特定的标定场内，利用对极约束条件，仅利用极少的匹配点便可以得到精确的姿态估算。