[发明专利]基于极点与极线的关系求解摄像机内参数的方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于极点与极线的关系求解摄像机内参数的方法和系统。方法为：获取不同视角下的场景图像，分别计算各场景图像中5个点位所在圆的像、圆心的像，再基于圆的像和圆心的像，计算圆的圆环点的像。根据绝对二次曲线的定义以及射影不变性，求取摄像机的内参数。系统包括一图像采集器和一运算器，图像采集设备执行图像采集动作，运算器执行运算动作。本发明涉及的硬件结构简单，对场景无严格要求。本发明的运算量相较于传统方式，有大幅减小，精度较传统方式，也有较大的提高。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，尤其是一种利用极点与极线的关系求解双平面镜折反射摄像机内参数的方法和系统。

背景技术

计算机视觉是一门新的学科，它是利用计算机代替人眼和大脑感知和理解世界。它的出现使人们更清楚地看清世界，并获得更多细节。因此，计算机视觉技术也被广泛应用在各个领域。摄像机是计算机视觉技术中的基础工具，摄像机内参数决定了摄像机的内部结构。学者拿到一台摄像机时，并不知道它的内部结构，只能利用摄像机拍摄的图片获得二维图像信息，要想从二维图像信息中理解3D物体，必须知道摄像机内参数。求解摄像机内参数的过程称之为摄像机标定。

传统摄像机的成像视野较小，但是随着网络信息化的快速发展，传统摄像机不能满足人们从“能看到”到“看得更广”的需求。这就给研究者及学者提出了新的要求，即让成像视野变大。折反射摄像机的出现解决了这个问题，它在传统摄像机的前面增加了反射镜面，常见的反射镜面有：抛物镜面、双曲镜面、椭圆镜面和平面镜。因为平面折反射摄像机的制作简单，成本也比较低，所以许多学者使用平面折反射摄像机进行三维重构。在进行三维重构前，需要对平面折反射摄像机进行标定。

传统摄像机就是一台针孔摄像机，利用场景中元素的几何关系，求解针孔摄像机的内参数是一种的常用方法。文献“A linear approach for determining intrinsicparametersand pose of cameras from rectangles”，(Wu F.,Wang G.,et al.,Journalof Software,Vol.14, pp.703-712,2003)提出通过空间平面上两个非平行矩形，得到共线的四个消失点，再根据调和共轭的性质获取圆环点，利用圆环点的像与绝对二次曲线像的约束关系求解摄像机内参数。

文献“Planar catadioptric stereo:geometry and calibration”， (GluckmanJ.,Nayar S.,IEEE Computer Society Conference onComputer Vision,Vol.1,pp.1-18,2002)利用单个摄像机和两块平面镜实现双目立体视觉效果，主要从几何上研究双平面折反射系统，并且证明了可以通过平面运动来约束两个虚拟摄像机的相对位置，计算对极几何中的基本矩阵，并且估计焦距。但是，这篇文章并没有讨论双平面镜间的内部反射，也没有把平面镜成像原理应用在摄像机标定中。两块平面镜和一个针孔摄像机组成一个双平面折反射系统，当两块平面镜间的夹角为0-90度时，两平面镜中出现多次内部反射，场景中出现多个视图。许多文献利用轮廓间的极几何关系，求解摄像机内参数或进行三维重构。