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车载鱼眼相机自标定研究

车载鱼眼相机自标定研究

作者：石恬西安电子科技大学

学位级别：硕士

车辆上的摄像头一般是鱼眼摄像头,这是因为鱼眼相机的视场角很大,能捕获超大视野范围内的场景信息。但是鱼眼相机因其特殊的光学结构,存在严重的畸变,主要是径向畸变,这给车载鱼眼相机拍摄的视频图像上的进一步应用带来了不便。所以,对... 详细信息

车辆上的摄像头一般是鱼眼摄像头,这是因为鱼眼相机的视场角很大,能捕获超大视野范围内的场景信息。但是鱼眼相机因其特殊的光学结构,存在严重的畸变,主要是径向畸变,这给车载鱼眼相机拍摄的视频图像上的进一步应用带来了不便。所以,对鱼眼相机进行标定是很有必要的。车载鱼眼相机拍摄到的图像含有丰富的特征信息,本文主要是基于鱼眼图像中的特征点满足的几何约束关系,提出了车载鱼眼相机的自标定方法。普通相机大多数满足针孔相机模型,但是由于鱼眼相机的径向畸变非常严重,普通相机模型已经不适用于鱼眼相机。已经有很多作者提出了可以描述鱼眼相机径向畸变的鱼眼相机模型。本文首先详细分析了鱼眼相机的四种投影模型,然后介绍了OpenCV中的鱼眼相机一般多项式模型,这种模型是在等距投影模型的基础上提出来的。最后在OpenCV中鱼眼相机模型的启发下,提出了一种新的鱼眼相机模型,它也是在等距投影模型的基础上提出来的一个多项式模型。这个模型表示出了鱼眼图像上的畸变点到校正图像中对应的无畸变点之间的一一对应关系,更适合用来进行鱼眼相机自标定。通过仿真实验证明了本文提出的模型的合理性。鱼眼相机需要标定的参数主要包括内参和畸变系数,内参数包括畸变中心和焦距。鱼眼相机参数主要通过非线性最优化方法求解非线性方程得到,为了防止优化过程不收敛或错误收敛,要先得到畸变中心和焦距的较好的初始值。本文主要研究图像内容在圆形区域内的鱼眼相机,通过提取图像成像的圆形边界轮廓,利用RANSAC算法拟合圆得到圆的圆心作为畸变中心的初始值,根据等距投影模型下共线点满足的行列式关系求出焦距的初始值。文章详细分析了以上求解初始值的算法原理,并通过实验说明了这些方法的实用性。本文中的鱼眼相机自标定算法主要是基于鱼眼图像中的特征点满足的几何约束关系提出的。本文采用SIFT算法提取及匹配鱼眼图像的特征点,并用LK光流法跟踪特征点。在文中详细介绍了三种鱼眼相机自标定算法。第一种是基于基础矩阵的约束。第二种是基于空间平面在两个图像平面上的成像之间的单应矩阵的约束。最后一种是基于共线特征点的约束。通过这些几何约束关系建立非线性方程组,然后进行非线性优化,最终求得准确的鱼眼相机参数。对实际车载鱼眼相机的自标定实验取得了良好的畸变校正效果,这表明本文提出的自标定算法实现简单,结果准确,具有较强的实用性。

关键词：鱼眼相机相机自标定径向畸变鱼眼相机模型

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基于基础矩阵的相机自标定方法研究

基于基础矩阵的相机自标定方法研究

作者：李士杰大连理工大学

学位级别：硕士

机器视觉测量技术以其高精度、高效率、非接触等优势,在医疗、工业、航空航天等诸多领域取得了较为广泛的应用。相机的标定是视觉测量的重要基础,标定的精度以及标定方法的可行性将直接影响着视觉测量系统的精度与应用性。相机的自标定... 详细信息

机器视觉测量技术以其高精度、高效率、非接触等优势,在医疗、工业、航空航天等诸多领域取得了较为广泛的应用。相机的标定是视觉测量的重要基础,标定的精度以及标定方法的可行性将直接影响着视觉测量系统的精度与应用性。相机的自标定方法以其操作简便、灵活性强、实时在线标定的优点,已经成为近年来相机标定领域的研究热点且在实际中得到了广泛应用。但目前针对相机自标定方法的研究,还普遍存在着标定精度低、鲁棒性差、对噪声和初值敏感的问题。通过对比研究现状,分析制约着相机自标定方法中的各个环节的影响因素,本文将从基础矩阵的求解、Kruppa方程的内参数标定以及系统外参数标定三个方面展开研究,主要的研究内容如下所示:(1)针对传统双目视觉测量系统中匹配点的对极距离约束不能完全求解出正确基础矩阵的问题,通过引入第三个视图所附加的额外的约束条件,将判定准则由双目系统中“点—线”的对极距离,转化为“点—点”的两极线交点与待匹配点坐标重合度误差,从而提高基础矩阵的求解精度。实验结果表明:该方法将原来X方向的误差由十几个像素误差缩减到1个像素以内,Y方向误差由原来的2个像素误差缩减到0.5个像素以内,并且数据的稳定性得到了显著提高。(2)针对传统的基于Kruppa方程的相机内参数求解非线性优化容易陷入局部最优解的问题,提出了相机内参数分离标定的方法。首先利用变焦距的方法获取左右相机的主点坐标,在主点坐标已知的情况下通过简化形式的Kruppa方程求得该幅图像下的相机归一化焦距。将此时求得的值作为初始值,代入到由Kruppa方程诱导出的优化目标函数中作进一步优化。该方法可有效避免传统的Kruppa方程优化所导致的局部最优解的问题,且只需要左右相机的共拍摄六张图片即可进行相机内参数的标定。(3)针对由本征矩阵进行外参数分解过程中存在着多组解的歧义性,以及只能恢复相似结构需要求解尺度因子的问题,提出了基于坐标转换的系统外参数标定方法。通过建立中间转换坐标系,将两个相机之间外参数的求解转化为两个相机坐标系分别对中间转换坐标系的求解,从而完成系统外参数标定工作,解决了由本质矩阵分解带来的外参数多组解的歧义性以及需要求解平移向量的尺度因子的问题。

关键词：视觉测量相机自标定基础矩阵分离标定

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基于二消失点的相机自标定方法

基于二消失点的相机自标定方法

第十三届全国信号处理学术年会（CCSP-2007）

作者：韩秀丽毋立芳郭江杨鹏北京工业大学电子信息与控制学院

相机标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息必不可少的步骤,传统的标定方法利用3个正交方向的消失点来进行标定,实际场景中不容易同时得到三个正交的消失点。本文在多幅图像中利用消失点不变性约束对两个相互正交方向的消... 详细信息

相机标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息必不可少的步骤,传统的标定方法利用3个正交方向的消失点来进行标定,实际场景中不容易同时得到三个正交的消失点。本文在多幅图像中利用消失点不变性约束对两个相互正交方向的消失点来对相机进行自标定,实验结果验证了本文算法的有效性。

关键词：相机自标定消失点绝对二次曲线

来源： cnki会议评论

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未知主点条件的相机焦距自标定方法

计算机应用研究 2020年第4期37卷 1226-1229页

作者：唐荣富邓宝松赵竹新军事科学院国防科技创新研究院北京100071 北京遥感研究所北京100192

对于双目相机焦距自标定,当前研究方法均假定相机主点位置已知,而相机主点在实际中却通常是未知的,提出一种主点和场景均未知的条件下相机焦距自标定的新方法,通过严格的数学分析表明相机的坐标系尺度对焦距标定具有重要影响,并在坐标... 详细信息

对于双目相机焦距自标定,当前研究方法均假定相机主点位置已知,而相机主点在实际中却通常是未知的,提出一种主点和场景均未知的条件下相机焦距自标定的新方法,通过严格的数学分析表明相机的坐标系尺度对焦距标定具有重要影响,并在坐标系尺度影响的定量分析的基础上提出了一种选择合适的坐标系尺度算法。模拟和实际实验都验证了坐标系尺度的重要性,且该方法较传统方法可获得更好的标定精度。

关键词：计算机视觉相机自标定焦距坐标系尺度

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车载单目相机的在线自标定算法研究

车载单目相机的在线自标定算法研究

作者：刘明晴东北大学

学位级别：硕士

摄像机标定是汽车驾驶安全辅助系统的一项关键技术,是从二维图像提取三维空间信息必不可少的步骤.它的主要目的是通过特定的算法求解摄相机内外参数,为通过二维信息认知三维环境信息提供技术支持.本文重点研究车载单目相机的自标定算法... 详细信息

摄像机标定是汽车驾驶安全辅助系统的一项关键技术,是从二维图像提取三维空间信息必不可少的步骤.它的主要目的是通过特定的算法求解摄相机内外参数,为通过二维信息认知三维环境信息提供技术支持.本文重点研究车载单目相机的自标定算法.本文首先介绍了与摄像机标定技术相关的齐次坐标、摄像机成像原理、消失点、圆环点等理论知识,为相机自标定方法的理解打下基础.然后,本文实现了基于在不同角度拍摄的三张矩形图像的摄像机自标定方法.它只需要场景中存在一个矩形,边长和位置均可未知.利用摄像机在不同角度对矩形进行拍摄获取的图像,通过圆环点对摄像机内参数的约束条件获得一组含参数r的非线性方程组(r为矩形的长宽比).求解r的值可以把非线性方程组转化为线性方程组,解出这个方程组便可获得摄像机的内参数.在外参数标定方面,通过研究图像中车道线斜率、消失点与摄像机外参数之间的关系,结合摄像机成像原理,推导出了一种简单的计算摄像机外参数的算法.最后利用这两种参数识别算法进行了完整的实验操作,标定出摄像机的内外参数.

关键词：相机自标定矩形圆环点消失点

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摄相机的自标定:新方法及比较

贵州科学 2009年第3期27卷 1-9页

作者：吴有富贵州民族学院教务处贵阳花溪550025

在这篇文章中,我们根据Kruppa方程的相关矩阵的秩约束,提出了一种新的从图像序列中重构目标的3D欧氏结构的方法,最后给出与其它方法的实验比较结果。

关键词： 3D重构 Kruppa方程相机自标定矩阵的秩约束

基于标记点丢失的多幅自标定图像的3维重建和相机姿态恢复

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中国图象图形学报 2006年第9期11卷 1282-1287页

作者：张维中张丽艳王小平周玲周儒荣南京航空航天大学CAD/CAM工程研究中心南京210016

为了对标记点丢失的多幅自标定图像进行精确重建,提出了一种基于标记点丢失的多幅自标定图像的3维重建和相机姿态恢复的方法。该方法与原来方法的不同之处在于,该方法是利用标记点(编码点和非编码点)的方式,即用编码点进行单CCD相机的... 详细信息

为了对标记点丢失的多幅自标定图像进行精确重建,提出了一种基于标记点丢失的多幅自标定图像的3维重建和相机姿态恢复的方法。该方法与原来方法的不同之处在于,该方法是利用标记点(编码点和非编码点)的方式,即用编码点进行单CCD相机的自标定和姿态恢复,而用非编码点进行3维点的3维重建。该方法有以下3个主要特点:(1)由于该方法采用了标记点的自动识别匹配,所以避免了手工交互选择图像点对(point correspon-dences)费工费时的问题;(2)由于标记点匹配精确,提高了3维点的重建精度,故符合工程要求;(3)由于噪音对标记点的像点影响较小,因此该方法比以前的方法具有更好的鲁棒性。实验结果表明,利用该方法产生的3维重建点精确可靠,能够满足逆向工程等应用的要求。

关键词：基于运动的3维重建标记点相机自标定数据丢失

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三维重建中相机可变内参自标定技术研究

三维重建中相机可变内参自标定技术研究

作者：尤作中南大学

学位级别：硕士

摘要：三维重建是机器视觉领域的热门研究方向。传统的三维重建方法通常需要采用已经标定的图像序列作为输入,这大大限制了三维重建的数据来源。互联网的兴起及图片分享社区的流行,带来了包含世界上各个角落场景信息的海量图像数据。如... 详细信息

摘要：三维重建是机器视觉领域的热门研究方向。传统的三维重建方法通常需要采用已经标定的图像序列作为输入,这大大限制了三维重建的数据来源。互联网的兴起及图片分享社区的流行,带来了包含世界上各个角落场景信息的海量图像数据。如何利用互联网图片及其他未经标定的图像序列进行三维重建?基于场景信息的相机自标定方法使得上述问题的解决成为可能。本文以绝对二次曲面在相似变换下具有不变性为理论基础,针对未标定或者部分标定图像序列,研究相机的自标定方法。针对上述应用背景,本文拟解决以下两个相机自标定问题：(1)利用同一个相机在不同焦距状态下拍摄的图像序列,在已知除焦距以外其他相机内部参数的条件下,求解各视图所对应的相机焦距;(2)利用互联网上包含同一个场景的大量图像数据,在使用尽可能少的假定约束前提下,求解各视图所对应相机的内部参数。针对上述两个问题,本文提出了两个相机自标定方法：(1)提出了一种除焦距外其他相机内部参数已知的焦距可变相机自标定方法。首先,利用匹配特征点集合求解射影重建下基础矩阵的优化估计方法;然后,根据射影重建结果、已知相机参数及绝对对偶二次曲面与其他未知内参的约束条件,采用捆集调整全局优化方法求解绝对对偶二次曲面并得到相机焦距。实验结果表明本方法可以精确估计图像序列中各视图对应相机的焦距。(2)提出了一种基于互联网图像数据的可变内参相机自标定方法。首先,根据三焦张量对场景进行射影重建;然后,通过EXIF标签提取部分图片的相机焦距、生产厂商及相机型号;接着,根据相机生产厂商及型号信息进行分组预标定;最后,利用捆集调整方法进行全局优化。实验结果表明该方法可以对互联网图像数据进行精确标定,为三维重建过程提供有力支持。

关键词：相机自标定三维重建焦距可变内参可变

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基于数字图像相关的水下螺旋桨三维变形测量

光学学报 2021年第12期41卷 100-108页

作者：潘济宇张水强苏志龙武珅张东升上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学与力学研究所上海200444 湖州师范学院工学院浙江湖州313000 中国船舶科学研究中心江苏省绿色船舶技术重点实验室江苏无锡214082 上海市能源力学重点实验室上海200444

提出了一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的船用螺旋桨3D变形测量方法。测量系统由双目立体相机、闪光灯和同步装置组成,采用空泡水筒对螺旋桨进行加载。首先,用基于极线约束的自标定方法对系统的外部参数进行标定,以获得桨叶表面... 详细信息

提出了一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的船用螺旋桨3D变形测量方法。测量系统由双目立体相机、闪光灯和同步装置组成,采用空泡水筒对螺旋桨进行加载。首先,用基于极线约束的自标定方法对系统的外部参数进行标定,以获得桨叶表面的3D位移分布。然后,对重构的桨毂部分进行点云配准,得到变形后螺旋桨叶根部点云的平移向量和旋转矩阵,以消除桨毂位置差异导致的刚体位移。最后,构建了空气-玻璃-水三种介质的折射光路,对3D重构的物点坐标进行折射修正,得到空泡水筒中桨叶的真实3D形貌。实验结果表明,用本方法对空泡水筒中螺旋桨的变形情况进行测量,可得到螺旋桨叶片在固定相位下的全场3D位移分布,为船用螺旋桨的变形测量提供了一种可行的非接触、全场测量方案。

关键词：测量与计量三维变形测量数字图像相关相机自标定折射修正