[发明专利]一种鱼眼镜头内部参数自标定方法

说明书

本发明提出一种鱼眼镜头内部参数自标定方法,该方法包括：建立鱼眼成像模型并获得待标定的鱼眼镜头内部参数；根据空间直线在水平面的理想投影椭圆约束建立标定方程；利用鱼眼图像有效区域椭圆轮廓边界及空间直线在鱼眼图像上的投影椭圆弧段信息给出待标定的鱼眼镜头内部参数初值并迭代求解标定方程获得标定参数的最小二乘估计。本发明以空间直线在水平面的理想投影椭圆约束为基础建立标定方程估计鱼眼镜头内部参数，标定计算不涉及相机外部参数，不仅避免了过参数化问题，其标定参数更精确地表征球面透视投影模型，且标定计算形式、过程统一、精度高，可灵活应用于单视、多视条件。

技术领域

本发明涉及计算机视觉、数字摄影测量领域，具体涉及一种鱼眼镜头内部参数自标定方法。

背景技术

鱼眼镜头具有视角广阔(接近甚至超过180°)、信息量丰富、体积小等优点，是发展轻、小型全方位视觉系统的理想光学传感器，在安全监控、机器人导航、全景泊车等众多领域有极其广泛的应用前景。然而，由于镜头焦距短、视场大特点以及光学原理约束，鱼眼图像存在严重畸变，使用前需将其转换成符合人眼视觉习惯的平面透视投影图像，其前提是获得与鱼眼镜头光学成像模型相联系的一套高精度参数。鱼眼镜头通常由10组以上、甚至多达几十组的光学镜片复杂组合而成，光路计算十分困难，传统的鱼眼镜头标定算法多以球面投影模型来表征其光学成像过程，并通过获取人工标定参照物的标定影像来解算模型参数，如直接利用三维控制点信息及DLT模型迭代求解空间参数，或以二维靶标为标定参照物，先根据靶标点在世界坐标系、球面坐标系及鱼眼图像坐标系下的坐标映射关系获得参数初值，再综合利用空间直线位置特性及其投影特性进行非线性优化，等等，但高精度、大范围三维标定场建造较复杂、造价高且需不断维护，二维靶标虽应用灵活、成本低，但需移动靶标位置来获得鱼眼图像不同区域的标定影像且要求具有特殊模式(如非等间距的点阵、棋盘格)；另一方面，基于人工标定参照物的传统鱼眼镜头标定算法往往引入数量较多的外部参数，存在过参数化问题，不准确的外部参数初始值极易使优化陷入局部最优，其它以鱼眼图像纠正为目的的参数标定方法，如经纬矫正、多项式矫正，虽标定参数计算过程简单、复杂度低，但精度不高且无法获得鱼眼镜头等效焦距等参数，不利于量测信息的获取。低成本、超宽视角鱼眼镜头在众多领域的广泛采用促使寻求精度高、操作简单、对实施条件依赖小的鱼眼镜头标定方法以解决多应用环境下的鱼眼图像量测需求，从这一角度出发，仅依靠场景自身特征信息实现参数解算的鱼眼镜头自标定方法，将具有更为广阔的市场应用前景。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种鱼眼镜头内部参数自标定方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种鱼眼镜头内部参数自标定方法，该方法包括：

建立鱼眼成像模型并获得待标定的鱼眼镜头内部参数；

根据空间直线在水平面的理想投影椭圆约束建立标定方程；

利用鱼眼图像有效区域椭圆轮廓边界及空间直线在鱼眼图像上的投影椭圆弧段信息给出待标定的鱼眼镜头内部参数初值并迭代求解标定方程获得标定参数的最小二乘估计。

可选地，所述获得待标定的鱼眼镜头内部参数，具体包括：

空间坐标变换，将世界坐标系下任一空间点P_W，经旋转和平移空间坐标变换，转换为相机坐标系下的点P_C；

单位球面映射，将点P_C沿射线O_CP_C方向映射为单位球面上的点P_S；

球面投影，将点P_S正投影到一个与鱼眼镜头主光轴垂直的固定平面，从而获理想投影点 P_m(x_m,y_m)，

像素坐标变换，利用相机内部参数将理想投影点坐标变换到鱼眼图像像素坐标；