CN109003311A - 一种鱼眼镜头的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鱼眼镜头的标定方法，包括以下步骤：1)进行棋盘格参数解析；2)拍摄棋盘格图片，并读取图像集；3)检测棋格盘的角点，并计算棋格盘的物理坐标；4)搜圆，确定像素坐标的圆心坐标以及中心漂移，计算获得投影点的像素坐标；5)标定数据格式转换，测量棋盘格点的数据，建立棋盘格到每张拍摄图像的棋盘格坐标对应关系；6)执行标定。本发明通过通过采集棋盘格图片，多尺度检测角点，然后提取有效成像圆心半径，建立角点3D物理坐标与像素坐标的投影变换关系，再基于球面模型构造重投影误差最小化目标函数，进行分步优化标定镜头参数，提高标定的准确性，使得标定结果可以更好地应用于鱼眼校正展开以及多鱼眼图像拼合。

Description

一种鱼眼镜头的标定方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体是一种鱼眼镜头的标定方法。

背景技术

鱼眼镜头是一种焦距为16mm或更短的并且视角接近或等于180°的镜头。它是一种极端的广角镜头，“鱼眼镜头”是它的俗称。为使镜头达到最大的摄影视角，这种摄影镜头的前镜片直径很短且呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此而得名。鱼眼镜头属于超广角镜头中的一种特殊镜头，它的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围。因此，鱼眼镜头与人们眼中的真实世界的景象存在很大的差别，因为我们在实际生活中看见的景物是有规则的固定形态，而通过鱼眼镜头产生的画面效果则超出了这一范畴。

本发明提出了一种语言镜头的标定方法，通过采集棋盘格图片，多尺度检测角点，然后提取有效成像圆心半径，建立角点3D物理坐标与像素坐标的投影变换关系，再基于球面模型构造重投影误差最小化目标函数，进行分步优化标定镜头参数，提高标定的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鱼眼镜头的标定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种鱼眼镜头的标定方法，利用棋盘格图片实现，包括以下步骤：

1)进行棋盘格参数解析,棋盘格方格的实际物理尺寸为22mm*22mm，投影平面为XOY，三维物理坐标为(Xw,Yw,0)；

2)拍摄棋盘格图片，并读取图像集；

3)检测棋格盘的角点，并计算棋格盘的物理坐标，建立投影模型，确定三个坐标系之间的变换关系，其中o-xyz为相机坐标系，空间点Q投影球面点为P，成像点为p，Q在世界坐标系中坐标(Xw,Yw,Zw)

与相机坐标系(X,Y,Z)之间存在旋转平移关系，即

相机坐标系与图像平面之间存在变换如下

则可计算成像点到成像中心的距离r

其中θ为入射角度，R为成像区域范围半径，FOV为视角范围

在投影过程成存在畸变，选用多项式径向畸变模型

rd＝rs·(d+a·rs+b·rs²+c·rs³)

其中，为带有畸变的成像点半径值，为移除畸变的成像点半径值，畸变尺度记为

scale＝d+a·rs+b·rs²+c·rs³

从而可以计算在图像平面中心化坐标(x,y)

4)搜圆，确定像素坐标的圆心坐标以及中心漂移，计算获得投影点的像素坐标

完成3D世界坐标到像素坐标的投影变换

5)标定数据格式转换，测量棋盘格点的数据，建立棋盘格到每张拍摄图像的棋盘格坐标对应关系；

6)执行标定。

作为本发明进一步的方案：所述步骤2)中拍摄的图像需包含整个棋盘格，且一组图像应从多个角度拍摄，让棋盘格尽量覆盖整个成像区域。

作为本发明进一步的方案：所述步骤6)中执行标定时采用LM方法分步优化，外参标定->FOV标定->内外参同时标定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过通过采集棋盘格图片，多尺度检测角点，然后提取有效成像圆心半径，建立角点3D物理坐标与像素坐标的投影变换关系，再基于球面模型构造重投影误差最小化目标函数，进行分步优化标定镜头参数，提高标定的准确性，使得标定结果可以更好地应用于鱼眼校正展开以及多鱼眼图像拼合。

附图说明

图1为鱼眼镜头的标定方法中投影模型的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种鱼眼镜头的标定方法，利用棋盘格图片实现，包括以下步骤：

1)进行棋盘格参数解析,棋盘格方格的实际物理尺寸为22mm*22mm，投影平面为XOY，三维物理坐标为(Xw,Yw,0)；

2)拍摄棋盘格图片，并读取图像集，需要注意的是，拍摄的图像需包含整个棋盘格，且一组图像应从多个角度拍摄，让棋盘格尽量覆盖整个成像区域；

3)检测棋格盘的角点，并计算棋格盘的物理坐标，建立投影模型，确定三个坐标系之间的变换关系，其中o-xyz为相机坐标系，空间点Q投影球面点为P，成像点为p，Q在世界坐标系中坐标(Xw,Yw,Zw)

与相机坐标系(X,Y,Z)之间存在旋转平移关系，即

相机坐标系与图像平面之间存在变换如下

则可计算成像点到成像中心的距离r

其中θ为入射角度，R为成像区域范围半径，FOV为视角范围

在投影过程成存在畸变，选用多项式径向畸变模型

rd＝rs·(d+a·rs+b·rs²+c·rs³)

其中，为带有畸变的成像点半径值，为移除畸变的成像点半径值，畸变尺度记为

scale＝d+a·rs+b·rs²+c·rs³

从而可以计算在图像平面中心化坐标(x,y)

4)搜圆，确定像素坐标的圆心坐标以及中心漂移，计算获得投影点的像素坐标

完成3D世界坐标到像素坐标的投影变换

5)标定数据格式转换，测量棋盘格点的数据，建立棋盘格到每张拍摄图像的棋盘格坐标对应关系；

6)执行标定，采用LM方法分步优化，外参标定->FOV标定->内外参同时标定。

本发明通过通过采集棋盘格图片，多尺度检测角点，然后提取有效成像圆心半径，建立角点3D物理坐标与像素坐标的投影变换关系，再基于球面模型构造重投影误差最小化目标函数，进行分步优化标定镜头参数，提高标定的准确性，使得标定结果可以更好地应用于鱼眼校正展开以及多鱼眼图像拼合。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种鱼眼镜头的标定方法，利用棋盘格图片实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)进行棋盘格参数解析,棋盘格方格的实际物理尺寸为22mm*22mm，投影平面为XOY，三维物理坐标为(Xw,Yw,0)；

2)拍摄棋盘格图片，并读取图像集；

3)检测棋格盘的角点，并计算棋格盘的物理坐标，建立投影模型，确定三个坐标系之间的变换关系，其中o-xyz为相机坐标系，空间点Q投影球面点为P，成像点为p，Q在世界坐标系中坐标(Xw,Yw,Zw)

与相机坐标系(X,Y,Z)之间存在旋转平移关系，即

相机坐标系与图像平面之间存在变换如下

则可计算成像点到成像中心的距离r

其中θ为入射角度，R为成像区域范围半径，FOV为视角范围

在投影过程成存在畸变，选用多项式径向畸变模型

rd＝rs·(d+a·rs+b·rs²+c·rs³)

其中，为带有畸变的成像点半径值，为移除畸变的成像点半径值，畸变尺度记为

scale＝d+a·rs+b·rs²+c·rs³

从而可以计算在图像平面中心化坐标(x,y)

4)搜圆，确定像素坐标的圆心坐标以及中心漂移，计算获得投影点的像素坐标

完成3D世界坐标到像素坐标的投影变换

5)标定数据格式转换，测量棋盘格点的数据，建立棋盘格到每张拍摄图像的棋盘格坐标对应关系；

6)执行标定。

2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头的标定方法，其特征在于，所述步骤2)中拍摄的图像需包含整个棋盘格，且一组图像应从多个角度拍摄，让棋盘格尽量覆盖整个成像区域。

3.根据权利要求1所述的鱼眼镜头的标定方法，其特征在于，所述步骤6)中执行标定时采用LM方法分步优化，外参标定->FOV标定->内外参同时标定。