[发明专利]利用球及极点极线标定摄像机的方法、存储介质和系统

说明书

本发明公开了一种利用球及极点极线标定摄像机的方法、存储介质和系统。方法包括拟合镜面轮廓投影方程和球像方程的步骤、计算球像的对拓球像方程的步骤、一组极点极线关系的获取的步骤和求解抛物折反射摄像机内参数的步骤。存储介质存储有运行后执行标定方法的程序。系统包括一抛物折反射摄像机和一运算器，该运算器包括上述存储介质。本发明可通过简单的布置，即可线性求取摄像机的内参数，过程简单，计算效率高，鲁棒性好，具备较强通用性。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，尤其是一种利用空间中一个球及关于绝对二次曲线的像的极点极线关系求解抛物折反射摄像机内参数的方法。

背景技术

计算机视觉是通过计算机及相关设备代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量，然后进行图像处理后，传送给仪器检测或人眼观察。计算机觉的主要任务就是通过对采集的图像进行处理以获得相应场景的三维信息，而摄像机标定是实现图像处理的一个重要步骤。摄像机标定是计算机领域中三维标定物与它的二维图像之间的一个映射过程，也是由二维图像恢复得到对应的三维信息的一个反投影过程。

随着计算机视觉技术在各个领域中的大量应用，传统摄像机的可视范围小，满足不了计算视觉技术的要求，从而有了折反射摄像机的诞生。文献“A theory of single-viewpoint catadioptric image formation”(Baker S.,Nayar S.K.,InternationalJournal of Computer Vision,1999,35(2):175-196.)根据折反射摄像机是否有固定的单视点将折反射摄像机分为两类：中心折反射摄像机和非中心折反射摄像机。

文献“Stereo with mirrors”(Sameer A.,Nene and Shree K.,ComputerVision1998.)将中心折反射摄像机的反射镜面分成四类：抛物面镜、平面镜、双曲面镜和椭圆面镜。

文献“Geometric properties of central catadioptric line imagesandtheir application in calibration”,(Barreto J.P.,Araujo H.,IEEETransactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,27(8),2005,1327-1333.)研究了中心折反射摄像机下直线的像的几何性质，并将这些性质应用于中心折反射摄像机的标定。

文献“Catadioptric camera calibration using geometric invariants”(YingX.,Hu Z.,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2004,26(10):1260-1271.)分析了在中心折反射摄像机下，球像轮廓与摄像机内参数的关系，证明了空间球在中心折反射摄像机下投影为一条二次曲线，还证明了在非退化的情况下一个球像可提供两个约束，即三个球可完成标定。但是该方法是非线性的，对标定过程中内参数初始值的精确度要求很高。

文献“Intrinsic parameter determination of a para-catadioptric cameraby the intersection of two sphere projections”(Zhao Y.,Wang Y.,Journal of theOptical Society of America A,2015,32(11):2201–2209.)首次利用两个相交的球作为抛物折反射摄像机的标定物，两个球相交于四个交点。根据对拓像点的性质，由这四个交点形成一个矩形，根据仿射不变性，可得一组正交消失点，从而线性标定摄像机内参数。但是这两个球相交的部分被遮挡，因此球不能完全被提取而影响标定算法的精确度。

发明内容