CN105139393A

CN105139393A - 线阵相机内参数的标定方法

Info

Publication number: CN105139393A
Application number: CN201510510674.0A
Authority: CN
Inventors: 甘志超; 杨超; 张振伟; 陶青川; 阎炎; 熊群芳
Original assignee: AVIC HI-TECH DEVELOPMENT Co Ltd; AVIC Intelligent Measurement Co Ltd; China Aviation Industry Corp of Beijing Institute of Measurement and Control Technology
Current assignee: AVIC HI-TECH DEVELOPMENT Co Ltd; AVIC Intelligent Measurement Co Ltd; China Aviation Industry Corp of Beijing Institute of Measurement and Control Technology
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-08-19
Also published as: CN105139393B

Abstract

本发明公开了一种线阵相机内参数的标定方法，其包括获取倾斜固定在标定板上的图片在不同空间位置的扫描图像；提取扫描图像中像素点的测量像素坐标值；依据标定板的尺寸和所述测量像素坐标值，计算所述像素点的空间坐标；采用最小二乘法，计算测量像素坐标值的变换参数L₁～L₇；其中，v为像素点的测量像素坐标值，X，Y，Z为像素点的空间坐标；对所述变换参数L₁～L₇进行误差校正；采用误差校正后的变换参数计算线阵相机的内参数图像主点v₀和焦距f。

Description

线阵相机内参数的标定方法

技术领域

本发明涉及计算机视觉测量领域，具体涉及一种线阵相机内参数的标定方法。

背景技术

在线阵相机标定的方法中，其精度不高以及解算不稳定等问题一直存在，针对如何提高标定参数精度，Guillemaut等人对面阵相机的标定进行过研究，深入地分析了由于镜头畸变等诸等因素造成的成像测量误差。上世纪90年代，刘金颂等人分析了基于神经网络的线阵相机的标定方法；2010年以后，Luna等人提出一种非共面特定立体靶标与线阵相机扫描成像的线阵相机标定方法。对于以上提到的现有技术，一般都是先选取像素点，再对由于镜头畸变等原因导致的测量误差进行矫正，通过DLT直接线性变换法以及平差处理进行优化，最后计算得出相机内参数，这些方法不仅对标定板的精度要求高，而且在标定的过程中，由于人为因素或者系统所造成的误差对内参数的计算结果影响很大，导致所得到的线阵相机内参数精度不是很高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的线阵相机内参数的标定方法能够精确计算线阵相机的内参数图像主点和焦距。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种线阵相机内参数的标定方法，其包括：

获取倾斜固定在标定板上的图片在不同空间位置的扫描图像；

提取扫描图像中像素点的测量像素坐标值；

依据标定板的尺寸和所述测量像素坐标值，计算所述像素点的空间坐标；

采用最小二乘法，计算测量像素坐标值的变换参数L₁～L₇；

V = \frac{L_{1} X + L_{2} Y + L_{3} Z + L_{4}}{L_{5} X + L_{6} Y + L_{7} Z + 1}

其中，v为像素点的测量像素坐标值，X，Y，Z为像素点的空间坐标；

对所述变换参数L₁～L₇进行误差校正；

采用误差校正后的变换参数计算线阵相机的内参数图像主点v₀和焦距f：

v_{0} = \frac{L_{1} * L_{5} + L_{2} * L_{6} + L_{3} * L_{7}}{{L_{5}}^{2} + {L_{6}}^{2} + {L_{7}}^{2}}

f = \sqrt{- {v_{0}}^{2} + \frac{{L_{1}}^{2} + {L_{2}}^{2} + {L_{3}}^{2}}{{L_{5}}^{2} + {L_{6}}^{2} + {L_{7}}^{2}}}

本发明的有益效果为：通过误差校正后的变换参数求取线阵相机的内参数图像主点v₀和焦距f，由于在计算过程对人为因素或者测量过程所造成的误差进行了修正，从而保证了图像主点v₀和焦距f的精度。

附图说明

图1为线阵相机内参数的标定方法一个实施例的流程图。

图2为标定板上的图片一个实施例的示意图。

图3为线阵相机扫描固定在标定板上的图片的示意图。

图4为线阵相机的扫描线与标定板上图片相交的示意图。

具体实施方式

下面对本的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本，但应该清楚，本不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了线阵相机内参数的标定方法一个实施例的流程图100；如图1所示，该方法包括步骤101至106：

在步骤101中，获取倾斜固定在标定板上的图片在不同空间位置的扫描图像。

参考图3，图3示出了线阵相机扫描固定在标定板上的图片的示意图；如图3所示，为了便于采集的扫描图像的三维空间坐标的构建，在进行扫描前，将图片采用与标定板之间呈2～5°的夹角固定在标定板上。

扫描前，选用的图片由若干相互平行的横线和连接相邻两条横线之间的斜线组成。在扫描时，线阵相机的扫描线分别与横线和斜线相交形成的交点为本方法中提到的像素坐标点(参考图4)。

当固定有图片的标定板与相机相互平行且静止不动时，扫描图片时获取图片上像素点的空间坐标Z轴相等，无法采用最小二乘法算出变换参数L₁～L₇，于是在获取扫描图像时，每获取一张扫描图像后，需要按固定值将标定板在Z轴上向前或向后移动，以获取更多不同空间坐标的像素坐标点。

在步骤102中，提取扫描图像中像素坐标点的测量像素坐标值；具体的，可以采用霍夫变换算法提取扫描图像中像素点的测量像素坐标值。

在步骤103中，依据标定板的尺寸和所述测量像素坐标值，计算所述像素点的空间坐标。

如图4所示，位于横线上的像素点为奇数像素点，位于斜线上的像素点为偶数像素点。奇数像素点和偶数像素点的空间坐标采用下面方式获取：

偶数点的空间坐标为(j*Z_p)；

奇数像素点的空间坐标为(X₀+K*(Y_Pi-Y₀)，j*Z_p)；

其中，ΔL_a＝V[i-1]-V[i-2]，ΔL_b＝V[i]-V[i-1]，V为测量像素坐标值，H_P为相邻两条横线之间的距离，K为扫描线的斜率，W_P为扫描图像的宽度，i为奇数，Z_P为标定板每次移动的距离，X₀和Y₀为扫描线上已知的一个坐标点。

在步骤104中，采用最小二乘法，计算测量像素坐标值的变换参数L₁～L₇；

V = \frac{L_{1} X + L_{2} Y + L_{3} Z + L_{4}}{L_{5} X + L_{6} Y + L_{7} Z + 1}

其中，V为像素点的测量像素坐标值，X，Y，Z为像素点的空间坐标。

在步骤105中，对所述变换参数L₁～L₇进行误差校正。

在本发明的一个实施例中，采用下述方法对变换参数L₁～L₇进行误差校正：

通过变换参数L₁～L₇和每个像素点的空间坐标，计算像素点的反投影像素坐标值V_F:

比较测量像素坐标值与反投影像素坐标值之间的差异：

若差异大于预先设定值，删除修正后的像素坐标值对应的像素点；

若是差异小于等于预先设定值，将其进行存储，当所有的像素点的测量像素坐标值与反投影像素坐标值之间比较完成后，判断像素点的个数是否发生变化：

若发生变化，返回步骤104，重新用剩余的像素点的采用最小二乘法计算得到变换参数L₁～L₇。

若像素点的个数未发生变化，算法结束，获得误差校正后的高精度变换参数L₁～L₇。

预先设定值可以根据需要进行自行设置，只要能够满足计算出高精度的线阵相机的内参数即可。在进行标定时，将偏离预先设定值的像素点称为噪声点，在进行标定时噪声点会严重影响线阵相机的内参数的精确度，于是上述提到的方法对变换参数L₁～L₇进行误差校正。在进行误差校正时，需要不断地将误差较大的噪声点除去，不参与线阵相机标定的计算，并进行优化，从而大大地提高线阵相机标定参数的精度。

在步骤106中，采用误差校正后的变换参数计算线阵相机的内参数图像主点v₀和焦距f：

v_{0} = \frac{L_{1} * L_{5} + L_{2} * L_{6} + L_{3} * L_{7}}{{L_{5}}^{2} + {L_{6}}^{2} + {L_{7}}^{2}}

f = \sqrt{- {v_{0}}^{2} + \frac{{L_{1}}^{2} + {L_{2}}^{2} + {L_{3}}^{2}}{{L_{5}}^{2} + {L_{6}}^{2} + {L_{7}}^{2}}}

在本发明的另一个实施例中，比较测量像素坐标值与反投影像素值之间的差异之前进一步包括：

修正所述像素点的测量像素坐标值：

V_X＝V+k₁(V-V₀)³+k₂(V-V₀)⁵

其中，V_X为修正后的像素坐标值，V为测量像素坐标值，V₀为标定前线阵相机的图像主点，k₁和k₂为畸变值；

并采用修正后的像素坐标值替换测量像素坐标值。

上述提到的畸变值k₁和k₂的获取方法为：获取像素点的空间坐标和测量像素坐标值；

采用最小二乘法计算畸变值k₁和k₂：

C R (A, B, C, D) = \frac{S R (A, B, C)}{S R (A, B, D)} = \frac{(X_{A} - X_{C}) * (X_{B} - X_{D})}{(X_{B} - X_{C}) * (X_{A} - X_{D})} = \frac{(Y_{A} - Y_{C}) * (Y_{B} - Y_{D})}{(Y_{B} - Y_{C}) * (Y_{A} - Y_{D})}

C R (A, B, C, D) = \frac{S R (A, B, C)}{S R (A, B, D)} = \frac{(V_{A} - V_{C}) * (V_{B} - V_{D})}{(V_{B} - V_{C}) * (V_{A} - V_{D})}

V_X＝V+k₁(V-V₀)³+k₂(V-V₀)⁵

其中，A、B、C和D为任意选取的4个像素点，为采用交比不变的成像透视原理构建的任意四个像素点A、B、C和D的空间坐标和测量像素坐标值的交比。

综上所述，该有本方案的标定方法，能够通过变换参数L₁～L₇进行误差校正后参与线阵相机的内参数计算，从而大大地提高了线阵相机标定参数的精度。

Claims

1.一种线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

提取扫描图像中像素点的测量像素坐标值；

V = \frac{L_{1} X + L_{2} Y + L_{3} Z + L_{4}}{L_{5} X + L_{6} Y + L_{7} Z + 1}

对所述变换参数L₁～L₇进行误差校正；

v_{0} = \frac{L_{1} * L_{5} + L_{2} * L_{6} + L_{3} * L_{7}}{{L_{5}}^{2} + {L_{6}}^{2} + {L_{7}}^{2}}

f = \sqrt{- {v_{0}}^{2} + \frac{{L_{1}}^{2} + {L_{2}}^{2} + {L_{3}}^{2}}{{L_{5}}^{2} + {L_{6}}^{2} + {L_{7}}^{2}}}

2.根据权利要求1所述的线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，所述对变换参数L₁～L₇进行误差校正进一步包括：

通过变换参数L₁～L₇和每个测量像素点的空间坐标，计算像素点的反投影像素坐标值V_F:

比较测量像素坐标值与反投影像素坐标值之间的差异：

判断像素点的个数是否发生变化：

若发生变化，采用剩余像素点的空间坐标进入计算测量像素坐标值的变换参数步骤；

若像素点的个数未发生变化，获得高精度变换参数L₁～L₇。

3.根据权利要求2所述的线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，比较测量像素坐标值与反投影像素坐标值之间的差异之前进一步包括：

修正所述像素点的测量像素坐标值：

V_X＝V+k₁(V-V₀)³+k₂(V-V₀)⁵

其中，V_X为修正后的测量像素坐标值，V为测量像素坐标值，V₀为标定前线阵相机的图像主点，k₁和k₂为畸变值；

采用修正后的像素坐标值替换测量像素坐标值。

4.根据权利要求3所述的线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，所述畸变值k₁和k₂的获取方法为：

获取像素点的空间坐标和测量像素坐标值；

采用最小二乘法计算畸变值k₁和k₂：

C R (A, B, C, D) = \frac{S R (A, B, C)}{S R (A, B, D)} = \frac{(X_{A} - X_{C}) * (X_{B} - X_{D})}{(X_{B} - X_{C}) * (X_{A} - X_{D})} = \frac{(Y_{A} - Y_{C}) * (Y_{B} - Y_{D})}{(Y_{B} - Y_{C}) * (Y_{A} - Y_{D})}

C R (A, B, C, D) = \frac{S R (A, B, C)}{S R (A, B, D)} = \frac{(V_{A} - V_{C}) * (V_{B} - V_{D})}{(V_{B} - V_{C}) * (V_{A} - V_{D})}

V_X＝V+k₁(V-V₀)³+k₂(V-V₀)⁵

其中，A、B、C和D为任意选取的4个像素点。

5.根据权利要求1-4任一所述的线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，所述图片与所述标定板之间的夹角设置为2～5°。

6.根据权利要求5所述的线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，所述图片为若干相互平行的横线和连接相邻两条横线之间的斜线组成。

7.根据权利要求6所述的线阵相机内参数的标定方法，其特征在于，所述像素点为线阵相机的扫描线分别与横线和斜线相交形成的交点。