[发明专利]极线几何约束的鱼眼相机标定方法

说明书

本发明公开了极线几何约束的鱼眼相机标定方法，实施步骤如下：首先建立室内三维标定场，测量人工标志点的三维坐标以及鱼眼图像坐标，然后通过鱼眼相机与传统光学相机投影函数的关系确立鱼眼图像点与透视投影图像点的关系，用Levenberg‑Marquardt(LM算法)最小化误差，解算鱼眼图像点与空间三维坐标点的最优投影变换矩阵和基本矩阵；接着将径向畸变与切向畸变模型加入极线几何约束式，以牛顿法求解出径向与切向畸变参数，改正鱼眼图像点。最后计算鱼眼图像点与空间三维坐标点投影变换矩阵以及基本矩阵，分解投影变换矩阵，得到内外方位元素。本发明方法能计算出鱼眼相机的内参数，提高内参数的求解精度。

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域，特别是涉及鱼眼相机标定的方法，适用于鱼眼相机三维重建工作。

背景技术

摄影测量在长达150多年的发展过程中，所有的理论基础(如共线方程、光束法平差、微分正射纠正等)都是基于透视(中心)投影的“普通”航摄相机(如框幅相机、线阵传感器)，相关航空影像射影测量处理比较成熟。但这类相机都是根据视觉设计的，观察范围一般限制在40°-50°，不能获得周围环境的全部信息，部分目标很难被发现，即容易“逃出”视野和观察范围。因此，国际上提出了“全方位视觉”，即一次性获得180°或360°大视场的全景信息。近年来，国际上热衷于研究这类相机(如180°鱼眼相机)，并逐步应用在机器人导航、星球探索、全景监控、公共安防、管道探测、辅助驾驶、现场检测、车载巡检、飞行器制导和虚拟现实等领域。

现有的鱼眼相机标定方法大致可分为三类：

(1)基于相机模型的鱼眼相机标定(如：Zhang,Y.,Zhao,L.,Hu,W.(2013).Asurvey of catadioptric omnidirectional camera calibration.InternationalJournal of Information Technology and Computer Science(IJITCS),5(3),13.)。该类方法虽然推导合理，但是相机的畸变有多方面因素，所以不可能构建出很严密的数学模型，而且没有建立空间点与图像点之间的关系，属于自校准，实际应用精度具有不确定性。

(2)基于成像几何的鱼眼相机标定(如：Schwalbe,E.(2005,February).Geometricmodelling and calibration of fisheye lens camera systems.In Proc.2ndPanoramic Photogrammetry Workshop,Int.Archives of Photogrammetry and RemoteSensing(Vol.36,No.Part 5,p.W8).)。该类方法可以比较正确地计算出标定参数，但只用一幅鱼眼图像进行标定，单幅图像信息不完整，容易漏掉一些重要的视图几何信息，不利于三维重建。

(3)基于单视图几何约束的鱼眼相机标定(如：Fitzgibbon,A.W.(2001,December).Simultaneous linear estimation of multiple view geometry and lensdistortion.In Proceedings of the 2001IEEE Computer Society Conference onComputer Vision and Pattern Recognition.CVPR2001(Vol.1，pp.I-I).IEEE.)。该类方法绝大多数也是利用单幅图像的几何约束进行标定，但是鱼眼相机畸变不是单一因素引起的，单幅图像的一些约束并不是很严格的成立，而且这类方法并没有使用到空间三维坐标，属于自标定，实际应用的精度具有不确定性。所以视图几何约束的鱼眼相机标定有很大的局限性。

针对以上三种鱼眼相机定标方法的局限性，本发明公开了极线几何约束的鱼眼相机标定方法。

发明内容

本发明公开了极线几何约束的鱼眼相机标定方法。为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案，包括如下步骤。