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摄像机标定是从二维图像获取三维信息必不可少的步骤,随着计算机视觉的发展,摄像机标定已成为该领域的研究热点之一.为了方便而精确的完成摄像机标定的任务,本文提出了用平面上的圆作为标定模板,通过圆与圆的位置关系线性求解出摄像机的内参数的方法.二次曲线是一种比点和线更简洁、更全局化的基元,所以基于二次曲线的摄像机标定方法具有更高的鲁棒性.平面上的圆是一条特殊的二次曲线,它具有更多的性质,更方便摄像机的内参数的求解.
本文首先介绍了摄像机标定的重要价值及其发展状况;其次根据平面上圆与圆的位置关系,完成摄像机内参数的线性求解;然后利用仿真实验对所提出的标定方法进行误差分析,利用真实图像实验来说明所提出的标定方法的可行性和有效性;最后利用双目立体视觉三维重建实验来验证利用真实图像实验所求出的摄像机内参数的合理性与正确性.各种实验结果表明,本文所提出的标定方法是行之有效的,并可以获得较高的精度.
本文的主要研究内容有:
(1)讨论同心圆圆心的像的求法,提出利用平面上的两个同心圆及一个圆上不在同一直径上的两点作为标定模板,实现摄像机内参数的线性求解.
(2)分析两个相交圆的四个交点(两个为实交点,另两个为圆环点),利用对极几何的知识求出两个圆环点的像的坐标,实现摄像机内参数的线性求解.
(3)以三个相切圆作为标定模板,在图像平面上,通过求出切点的像关于投影曲线的切线方程,进而求解切线方向和直径方向上的两个消影点,实现摄像机内参数的线性求解.
(4)直接计算两个外离圆的投影曲线的交点,这两个交点即为圆环点的像的坐标.根据圆环点求取摄像机内参数的方法,实现摄像机内参数的线性求解.
(5)用模拟数据实验和真实图像实验来说明所提出的标定方法的可行性和有效性.
(6)在解决以上标定问题的基础上,利用双目立体视觉三维重建的方法,实现对真实场景的三维重建,进一步说明所提出的标定方法是行之有效的.