一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，包括以下步驟：建立圖像平面坐標(biāo)系，提取出平面模板中標(biāo)志點的圖像坐標(biāo)；利用平面模板中同一直線上的標(biāo)志點含有的交比不變性建立約束關(guān)系方程；利用平面模板中同一直線上的標(biāo)志點的幾何特征建立約束關(guān)系方程；利用平面模板中平行直線相交于滅點的幾何特征建立約束關(guān)系方程；綜合上述三種約束關(guān)系方程建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對提取出的所有平面模板標(biāo)志點進(jìn)行全局最小二乘優(yōu)化，獲得符合上述幾何約束的理想標(biāo)志點坐標(biāo)，即完成平面模板標(biāo)志點的畸變校正。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有校正精度高、方便靈活等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于平面祺盤模板的鏡頭畸變自校正方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相機成像校正方法，尤其是涉及一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相機標(biāo)定在攝影測量中是一項十分重要的工作，它的主要任務(wù)是確定相機二維圖像平面與空間三維場景的映射關(guān)系。目前，由于平面棋盤模板的標(biāo)志點數(shù)量較多，標(biāo)志點容易提取，且基于平面棋盤模板的相機標(biāo)定算法比較成熟，因此很多相機標(biāo)定都會選擇平面模板。
[0003]同時，由于相機鏡頭球面曲率在成像時的缺陷、CXD的加工誤差與相機鏡頭裝配誤差等導(dǎo)致的相機成像畸變，使得理想相機的成像過程在實際測量中是不可能存在的。當(dāng)鏡頭畸變不可忽略時，僅用理想模型進(jìn)行標(biāo)定得到的誤差往往較大。
[0004]因此，在使用平面模板進(jìn)行相機標(biāo)定時，提取出來的標(biāo)志點并不是理想的像點坐標(biāo)，而是含有崎變誤差的像點坐標(biāo)。對這些崎變的像點進(jìn)行校正，有利于提聞標(biāo)定精度。
[0005]目前，對平面模板提取的標(biāo)志點畸變的校正多是建立相機畸變模型，然后在相機標(biāo)定過程中進(jìn)行校正。一般這種方法在相機畸變模型中加入若干參數(shù)，然后將這些畸變參數(shù)與相機內(nèi)外參數(shù)同時優(yōu)化而最終獲得 最優(yōu)解，從而得到較精確的相機畸變模型。該方法由于需要優(yōu)化的參數(shù)較多，導(dǎo)致標(biāo)定優(yōu)化程序的速度較慢。同時由于增加了若干參數(shù)，在優(yōu)化過程中參數(shù)之間容易發(fā)生耦合現(xiàn)象，導(dǎo)致優(yōu)化精度不高。而且，該畸變校正依賴相機成像模型，校正過程復(fù)雜，校正圖像一般需要多張圖片，因此校正的靈活性也不高。
[0006]還有的平面模板的畸變校正是利用平面模板的上標(biāo)志點的幾何特征，比如標(biāo)志點的直線性、交比不變性等。一般這些校正方法，也是以相機的成像模型為基礎(chǔ)，利用這些幾何特性作為新的約束關(guān)系加入到計算過程中，以提高標(biāo)定精度，進(jìn)而校正畸變。這種校正方法仍然需要拍攝多幅圖片，標(biāo)定的靈活性仍然不高。
[0007]以上提到的對平面棋盤格模板的畸變標(biāo)定，基本上都是基于相機的成像模型，最多利用少量平面棋盤格的幾何特征作為附加約束來幫助求解，往往過程比較復(fù)雜，需要多幅圖像。而且，這些方法不能算作畸變自校正方法，靈活性也比較有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種校正精度高、方便靈活的基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法。
[0009]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0010]一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，包括以下步驟:
[0011]步驟一:建立圖像平面坐標(biāo)系，提取出平面模板中標(biāo)志點的圖像坐標(biāo)；
[0012]步驟二:利用平面模板中同一直線上的標(biāo)志點含有的交比不變性建立約束關(guān)系方程;[0013]步驟三:利用平面模板中同一直線上的標(biāo)志點的幾何特征建立約束關(guān)系方程；
[0014]步驟四:利用平面模板中平行直線相交于滅點的幾何特征建立約束關(guān)系方程；
[0015]步驟五:綜合上述三種約束關(guān)系方程建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對提取出的所有平面模板標(biāo)志點進(jìn)行全局最小二乘優(yōu)化，獲得符合上述幾何約束的理想標(biāo)志點坐標(biāo)，即完成平面模板標(biāo)志點的畸變校正。
[0016]所述的步驟二中，交比不變性是指:
[0017]若平面模板中同在一條直線上相鄰四點Pi, i = 1，2，3，4，經(jīng)相機模型在圖像平面成像，其理想像點記為Pui，則點P1Uwl,ywi)、P2(xw2，yw2)>P3(xw3?yw3)、P4(XW4，yW4)四點的交比與其理想成像點 Pul (U1, V1)、Pu2 (u2, v2)、Pu3 (u3, v3)、Pu4 (u4, v4)的交比相等，即:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:建立圖像平面坐標(biāo)系，提取出平面模板中標(biāo)志點的圖像坐標(biāo)； 步驟二:利用平面模板中同一直線上的標(biāo)志點含有的交比不變性建立約束關(guān)系方程； 步驟三:利用平面模板中同一直線上的標(biāo)志點的幾何特征建立約束關(guān)系方程； 步驟四:利用平面模板中平行直線相交于滅點的幾何特征建立約束關(guān)系方程； 步驟五:綜合上述三種約束關(guān)系方程建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對提取出的所有平面模板標(biāo)志點進(jìn)行全局最小二乘優(yōu)化，獲得符合上述幾何約束的理想標(biāo)志點坐標(biāo)，即完成平面模板標(biāo)志點的畸變校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，其特征在于，所述的步驟二中，交比不變性是指: 若平面模板中同在一條直線上相鄰四點Pi, i = 1，2，3，4，經(jīng)相機模型在圖像平面成像，其理想像點記為 Pui,則點 P1 (xwl, ywl)、P2 (xw2, yw2)、P3(xw3，yw3)、P4 (xW4? yW4)四點的交比與其理想成像點 Pul (U1, V1)、Pu2 (u2, v2)、Pu3 (u3, v3)、Pu4 (u4, v4)的交比相等，即:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，其特征在于，所述的步驟三中，同一直線上的標(biāo)志點的幾何特征是指:空間中的一條直線經(jīng)針孔模型成像后在像平面所成像仍為一條直線，則成像后的直線I上的m個標(biāo)志點，滿足以下方程組:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，其特征在于，所述的步驟四中，若平面模板在一個方向上的直線組共有η條直線，且這組直線在像平面上的滅點記為V(up，vp)，存在以下方程組:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于平面棋盤模板的鏡頭畸變自校正方法，其特征在于，所述的步驟五中，綜合三種約束關(guān)系方程建立的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為:
【文檔編號】G06T7/00GK104021543SQ201410184475
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】楊玉林, 楊謝柳, 方素平, 李媛, 朱新棟 申請人:楊玉林