[发明专利]一种基于二消失点的相机自标定方法

摘要

本发明公开了一种基于二消失点的相机自标定方法。以场景中两组正交的平行线为自标定图案，获取不同视点的四幅及以上序列图像，用基于Harris亚像素角点检测方法提取每幅图像中自标定图案的四个交点，并求出两个消失点的图像坐标。根据光心和两个消失点的连线相垂直的投影几何性质，列出相机内参的约束性方程，求出图像平面主点坐标(u₀、v₀)、归一化焦距f_x、f_y等内参数。本发明不需要标定板、标定块，不需要获取相机运动信息、自标定图案的世界坐标信息，标定过程便捷，拍摄要求不高，算法简洁高效，能满足大视场、变焦和远景视觉检测应用。标定精度能够优于三消失点自标定方法，使用低分辨率相机也可以完成较高精度的标定。

主权项

一种基于二消失点的相机自标定方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，获取二消失点自标定图案的序列图像；所述二消失点自标定图案包含至少两组相互正交的平行直线，拍摄N幅包含该图案的、视角不同的序列图像，即二消失点自标定图案的序列透视投影图像，其中N≥4；步骤二，对步骤一拍摄的序列图像进行预处理；序列图像的预处理包括彩色图像灰度化处理、图像滤波、直方图均衡化、边缘锐化和图像去噪处理；步骤三，角点检测；二消失点自标定图案中两组相互正交的平行直线相交于四个点，采用基于Harris亚像素角点检测方法检测序列图像，提取每幅图像中的所述四个交点的图像坐标；步骤四，计算二消失点的图像坐标；对于每幅序列图像，根据消失点的定义和步骤三得到的四个交点的图像坐标列出方程，从而计算出由所述二消失点自标定图案中两组相互正交的平行直线投影得到的两个消失点的图像坐标；步骤五，计算相机内参，相机内参包括图像平面的主点坐标、焦距在图像坐标系上的尺度因子；设在图像坐标系下所述两个消失点的坐标为：M(u_m,v_m)、N(u_n,v_n)，则在相机坐标系下的坐标为：M[(u_m‑u₀)dx,(v_m‑v₀)dy,f]、N[(u_n‑u₀)dx，(v_n‑v₀)dy，f]，其中，f为相机焦距；根据正交平行直线的投影几何性质可知光心和两个消失点的连线互相垂直，即光心位于以两消失点的连线为直径的圆上，由此可得到关于相机内参数u₀、v₀、f_x、f_y的约束方程：$\frac{1}{f_x^2}(u_0-u_m)(u_0-u_n)+\frac{1}{f_y^2}(v_0-v_m)(v_0-v_n)+1=0---\left(a\right)$其中(u₀、v₀)为图像平面的主点坐标，f_x、f_y分别为图像坐标系u轴和v轴上的尺度因子；设第i幅图像确定的两个消失点坐标是M(u_im,v_im),N(u_in,v_in)，将经步骤三确定的第i幅和第j幅图像的消失点坐标代入式(a)后相减得：(u_jm+u_jn‑u_im‑u_in)a+(v_jm+v_jn‑v_im‑v_in)b+(v_imv_in‑v_jmv_jn)c＝(u_jmu_jn‑u_imu_in)   (b)其中a＝u₀，当N≥4时，求解式(b)建立的方程组可得a、b、c，则相机内参数u₀＝a，v₀＝b/c；将u₀，v₀，c代入式(a)求得f_x、f_y。