[发明专利]基于自配极三角形的光场相机标定方法

说明书

本发明提供了一种基于自配极三角形的光场相机标定方法，针对目前光场相机标定受限过多以及精确度不高的缺点，建立了基于自配极三角形的光场相机标定装置和方法。设计具有参数区分性和自配极三角形特性的标定板，通过旋转标定板或者移动光场相机拍摄不同姿态下的标定板，并确定世界点与图像点的单应映射，利用自配极三角形和绝对二次曲线的特性进行线性初始化计算光场相机内参数和相应姿态下的外参数，最后建立畸变模型和代价函数，迭代求得最优解。本发明能够更加灵活、精准地求解光场相机内参和外参。

技术领域

本发明涉及计算机视觉、计算机摄像学和光学工程领域，具体涉及一种相机的标定模型和方法。

背景技术

光场成像理论的兴起是计算机摄影学领域的一大重要革新，它突破了传统成像技术的种种局限。光场相机通过记录空间中光线的位置和角度信息减少了拍摄信息的流失，在深度估计、重聚焦、三维重建等领域具有广泛应用。后期应用中光场信息的处理都建立在相机参数标定的基础上，精确的标定结果对后期图像分辨率的提升和成像质量的改善意义重大。

目前有三种常见的标定板模式，即点、线和二次曲线。现有方法通常利用棋盘格的角点或者标定板的线特征对光场相机进行标定。然而由于噪声影响、子孔径图像和微透镜图像的成像质量限制，难以进行精确的角点提取和线特征检测。在利用二次曲线进行相机标定方面，Quan等人提出了两个同心圆共自配极三角形的不变性，Kim等人对通过对同心圆进行代数和几何约束分别恢复圆心和虚圆点。然而上述研究中，圆心和消影线的重建通常是分开进行的。Huang等人对同心圆的共自配极三角形的特性进行研究，并且提出了一种估计单应的方法。然而这种方法仅考虑了相机内参的估计，无法求解相机的外参数。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光场相机参数标定装置和方法，旨在更加灵活、精准地求解光场相机内参和外参。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

S1、设计由椭圆和圆的组合构成的标定板，使其具有参数区分性和自配极三角形特征；建立TPP坐标系，对光场相机采集到的光线进行描述，继而建立光场相机的内外参模型和投影模型；

S2、根据标定板模型的自配极三角形特性和绝对二次曲线特性，建立标定板平面上的点和其子孔径图像中像点之间的单应性映射H并求解，继而求得光场相机的内参数和外参数；

S3、引入四参数的畸变向量k^d＝(k₁,k₂,k₃,k₄)，建立畸变模型对实际光线与成像模型描述方式之间存在的偏差进行矫正，其中(x,y)是标定板上的点通过内参(k_i,k_j)和外参投影的未畸变点，k₁和k₂是光场相机中传统径向畸变的调节系数，k₃和k₄是针对光场相机视点切换导致的畸变引进的系数；

对标定板上的圆或者椭圆C_w,n根据投影公式和畸变公式进行投影，投影点应当在C_w,n的子孔径图像C_i上，即满足根据此关系建立Sampson误差代价函数寻找令代价函数达到最小的参数即为最优解。

所述的标定板包含同心的椭圆和圆组合，同心圆和椭圆模型具有共自配极三角形，椭圆的长短轴保证了参数区分性。