CN105261010A - 一种不需控制点坐标测量的相机定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不需控制点坐标测量的相机定标方法。该发明是在不需要标定场中控制点坐标测量的前提下，在垂直的前、中、后三个像平面上的交错位置(后方与前方的靶标交错位置相反)，安置5个方形靶标，用待检校相机在远处对垂直面上的靶标进行摄影，保证五个靶标都清晰地成像在拍摄的像片内；最后，根据靶标上特征点和特征边长，利用数学模型联立方程组，将已知代入解算出相机定标元素值。此方法无需严格的相机标定场，设备简便，方法易行。

Description

一种不需控制点坐标测量的相机定标方法

一、技术领域

本发明涉及一种相机定标的方法，特别是一种不需控制点坐标测量解算相机定标元素的方法。

二、技术背景

到目前为止，相机定标元素的解算主要采取已知标定场中的像控点来解算相机的内方位元素及畸变系数等，虽然这个方法被广泛应用，但是在实际操作解算过程中，存在一些不可避免的麻烦：

①解算过程复杂，较麻烦，工作量大，且效率低；

②当处于标定场中的像控点被人为或其他因素破坏后，无法继续用于相机定标元素的解算。

三、发明内容

为了克服现有的相机定标元素解算过程中不可避免地带来的很多麻烦与误差，本发明的目的是提供一种不需控制点坐标测量解算相机定标元素的方法。

本发明的目的是这样实现的：

1、一种不需控制点坐标测量的相机定标方法，首先，根据模型制作5个20cm*20cm的正方形靶标，其中每一个都由十字丝划分为4个10cm*10cm的小方块；然后，将5个靶标分别安置在空间足够大的前、中、后垂直平面上，其中，将2个分别安置在前方垂面左右两边的上下交错位置，将1个安置在中间垂面的中心位置，将剩余2个安置在后方垂面的左右两边的上下交错位置(与前方2个靶标的交错位置相反)；用待检校相机在远处对垂直面上的靶标进行摄影，要保证五个靶标都清晰地成像在拍摄的像片内；最后，根据靶标上特征点和特征边长，代入解算出相机定标元素值。

2、一种不需控制点坐标测量的相机定标元素解算方法，首先，将非线性数学模型① $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}u=(u_i-u_0)(k_1{r}^2+k_2{r}^4)+P_1\[r^2+2{(u_i-u_0)}^2\]+2P_2(u_i-u_0)(v_i-v_0)\\ \mathrm{\Δ}v=(v_i-v_0)(k_1{r}^2+k_2{r}^4)+P_2\[r^2+2{(v_i-v_0)}^2\]+2P_1(u_i-u_0)(v_i-v_0)\end{array}\right.,$ 进行线性化运算；其次，将线性化后的结果表示成数模②V＝W·X+B；然后，利用数学模型③和数学模型④配合数学模型②联立求解，解算未知参数值；最后，利用5个靶标上45个点以及60个长度值，结合上边的联立方程组，求算出各个定标元素值。

本项发明具有以下优点：

①当像控点遭到破坏或无需像控点的情况下仍可以解算相机定标；

②无像控点解算相机定标元素效率更高，工作量更小。

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为20cm*20cm方形靶标示意图；

图2为5个方形靶标在空间上的分布示意图；

图3为5个方形靶标在在空间上分布的正视示意图；

其中，2、3示意图上的“×”表示靶标的安置位置。

五、具体实施方式：

一种不需控制点坐标测量的相机定标方法与现有相机定标技术不同，在理论和实践上都做了很大改进，具体是：

1)一种不需控制点坐标测量的相机定标方法的实践操作：首先，如图1所示根据模型制作5个20cm*20cm的正方形靶标，其中每一个都由十字丝划分为4个10cm*10cm的小方块；然后，如图2所示将5个靶标分别安置在空间足够大的前、中、后垂直平面上，其中，将2个分别安置在前方垂面左右两边的上下交错位置，将1个安置在中间垂面的中心位置，将剩余2个安置在后方垂面的左右两边的上下交错位置(与前方2个反射片的交错位置相反)；接着，用待检校相机在远处对垂直面上的靶标进行摄影，要保证五个靶标都清晰地成像在拍摄的像片内，如图3所示得到5个方形靶标的分布；最后，根据靶标上特征点和特征边长，代入解算出相机定标元素值。

2)一种不需控制点坐标测量的相机定标方法的解算方法：

①如图1所示，制作5个黑白相间的20cm*20cm的方形靶标，每个方形靶标均匀划分为4个10cm*10cm的小方块；

②如图2所示，将5个方形靶标根据规定位置交错放置在三个垂直平面上；

③用待检校相机在远处对垂直面上的靶标进行摄影，要保证5个靶标均清晰地成像在摄影像片上；

④解算相机定标元素：将非线性数学模型①

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}u=(u_i-u_0)(k_1{r}^2+k_2{r}^4)+P_1\[r^2+2{(u_i-u_0)}^2\]+2P_2(u_i-u_0)(v_i-v_0)\\ \mathrm{\Δ}v=(v_i-v_0)(k_1{r}^2+k_2{r}^4)+P_2\[r^2+2{(v_i-v_0)}^2\]+2P_1(u_i-u_0)(v_i-v_0)\end{array}\right.,$ 其中，

r²＝(u_i-u₀)²+(v_i-v₀)²，Δu、Δv表示像点坐标的非线性改正，(u₀，v₀)为像主点坐标，k₁、k₂为径向畸变系数，P₁、P₂为偏心畸变系数，(u_i，v_i)为任意像点坐标，线性化后的结果表示成数模②V＝W·X+B，其中， $V=\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}u\\ \mathrm{\Δ}v\end{array}\right),$ W为线性化后的系数阵，X＝(u₀v₀k₁k₂P₁P₂)^T，B为矩阵的常数项；

⑤利用数学模型③和数学模型④其中，(X_i，Y_i，Z_i)为物方点坐标，f为相机焦距，(u_i，v_i)为任意像点坐标，l为靶标上两端点间的长度值，(ΔX，ΔY，ΔZ)表示任意两物方坐标点坐标变化量，利用5个反射片上45个点以及60个长度值，结合上边的联立方程组，代入求算出各个定标元素值。

Claims (2)

1.一种不需控制点坐标测量的相机定标方法，其特征是：首先，根据模型制作5个20cm*20cm的正方形靶标，其中每一个都由十字丝划分为4个10cm*10cm的小方块；然后，将5个靶标分别安置在空间足够大的前、中、后垂直平面上，其中，将2个分别安置在前方垂面左右两边的上下交错位置，将1个安置在中间垂面的中心位置，将剩余2个安置在后方垂面的左右两边的上下交错位置(与前方2个靶标的交错位置相反)；用待检校相机在远处对垂直面上的靶标进行摄影，要保证五个靶标都清晰地成像在拍摄的像片内；最后，根据靶标上特征点和特征边长，代入解算出相机定标元素值。

2.依据权利要求1一种不需控制点坐标测量的相机定标方法，其特征是：首先，将非线性数学模型①其中，r²＝(u_i-u₀)²+(v_i-v₀)²，Δu、Δv表示像点坐标的非线性改正，(u₀，v₀)为像主点坐标，k₁、k₂为径向畸变系数，P₁、P₂为偏心畸变系数，(u_i，v_i)为任意像点坐标，进行线性化运算；其次，将线性化后的结果表示成数模②V＝W·X+B，其中，W为线性化后的系数阵，X＝(u₀v₀k₁k₂P₁P₂)^T，B为矩阵的常数项；然后，利用数学模型③和数学模型④其中，(X_i，Y_i，Z_i)为物方点坐标，f为相机焦距，(u_i，v_i)为任意像点坐标，1为靶标上两端点间的长度值，(ΔX，ΔY，ΔZ)表示任意两物方坐标点坐标变化量，配合数学模型②联立求解，解算未知参数值；最后，利用5个靶标上45个点以及60个长度值，结合上边的联立方程组，代入求算出各个定标元素值。