一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法。旋轉(zhuǎn)體鏡面的中心對(duì)稱軸和透視相機(jī)的光軸共線，被測(cè)物體置于旋轉(zhuǎn)體鏡面的下方，入射光經(jīng)鏡面反射成像到透視相機(jī)，旋轉(zhuǎn)體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓。參數(shù)標(biāo)定方法包括：采用該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)建立多個(gè)不同的仿真環(huán)境，各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距逐步遞增，并分別計(jì)算得到各個(gè)仿真環(huán)境下被測(cè)物體空間點(diǎn)在透視相機(jī)采集圖像上的光流，然后重新擬合軸心距與光流之間的關(guān)系。本發(fā)明方法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，在系統(tǒng)非理想配置情況下，減小鏡面特性受加工精度和安裝精度的影響，改善了測(cè)距精度。與傳統(tǒng)的外參標(biāo)定方法相比較，本發(fā)明方法更為簡(jiǎn)便有效。
【專利說(shuō)明】一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法。具體來(lái)說(shuō)是涉及一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前普遍應(yīng)用于視頻監(jiān)控、機(jī)器人導(dǎo)航、視頻會(huì)議和場(chǎng)景重建中的全向相機(jī)大多是由傳統(tǒng)透視相機(jī)和反射鏡面組成的相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)，反射鏡面的使用使得全向相機(jī)具有大視場(chǎng)成像特性。根據(jù)是否滿足單一視點(diǎn)特性，全向相機(jī)可以分為單視點(diǎn)折反射相機(jī)和非單視點(diǎn)折反射相機(jī)。由于在實(shí)際應(yīng)用中透視相機(jī)與反射鏡面的安裝會(huì)存在一定程度上的失偏，所以在現(xiàn)實(shí)中使用的實(shí)際上都是非單視點(diǎn)折反射相機(jī)。
[0003]針對(duì)非單視點(diǎn)折反射相機(jī)的標(biāo)定方法主要有以下幾種。J.Fabriz1的文獻(xiàn)I(FABRIZ1 J., TAREL J., BENOSMAN R.Calibrat1n of panoramic catad1ptric sensorsmade easier[C].Proceedings of Third Workshop on Omnidirect1nal Vis1n, LosAlamitosiISEE Press, 2002:45-52.)，利用鏡面的外邊緣和專門設(shè)計(jì)的鏡面底部邊緣作為標(biāo)定物，從鏡面的邊界圖像上恢復(fù)出透視相機(jī)內(nèi)參和鏡面位姿參數(shù)，但專門設(shè)計(jì)的鏡面邊緣底部邊緣占用了部分鏡面反射區(qū)域；T.Mashita的文獻(xiàn)2(MASHITA T.，IffAI Y.，YACHIDAM.Calibrat1n method for misaligned catad1ptric camera[J].1eice Transact1nson Informat1n and System, 2006，E89-D (7): 1984-1993.),利用鏡面邊緣以及多條無(wú)窮遠(yuǎn)直線的像來(lái)估計(jì)鏡面位姿關(guān)系，這種方法僅僅適合于鏡面中心軸與透視相機(jī)光軸不重合誤差較小的情況，并且需要準(zhǔn)備由多條直線構(gòu)成的標(biāo)定模板。
[0004]傳統(tǒng)的外參標(biāo)定是借助于標(biāo)定物估計(jì)出鏡面與透視相機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)與平移；對(duì)于同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)，傳統(tǒng)的外參標(biāo)定方法存在明顯的弊端:首先，該系統(tǒng)是高度非線性系統(tǒng)，對(duì)角度安裝誤差的光流補(bǔ)償需要對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)逐一進(jìn)行，優(yōu)化計(jì)算量很大；其次，得到的補(bǔ)償量只是對(duì)某一個(gè)高度有效，一旦系統(tǒng)距離實(shí)驗(yàn)平面的距離發(fā)生變化，需要新的光流補(bǔ)償模板。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]由于實(shí)際應(yīng)用中，鏡面的加工精度不足和系統(tǒng)的安裝失偏會(huì)對(duì)鏡面特性造成影響，進(jìn)而影響測(cè)距精度，因此本發(fā)明的目的是提出一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法。基于由特殊設(shè)計(jì)的反射鏡面和透視相機(jī)組成的同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行外參標(biāo)定，改善了測(cè)距精度。與傳統(tǒng)的外參標(biāo)定方法相比較，所提出的外參標(biāo)定方法更為簡(jiǎn)便有效。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0007]該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)包括同軸相對(duì)放置的旋轉(zhuǎn)體鏡面和透視相機(jī)，旋轉(zhuǎn)體鏡面的中心對(duì)稱軸和透視相機(jī)的光軸共線且旋轉(zhuǎn)體鏡面的頂點(diǎn)與透視相機(jī)光心之間的距離固定，被測(cè)物體置于旋轉(zhuǎn)體鏡面的下方，被測(cè)物體視為空間點(diǎn)，被測(cè)物體空間點(diǎn)的入射光線經(jīng)鏡面反射成像到透視相機(jī)的成像平面上，旋轉(zhuǎn)體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓；該參數(shù)標(biāo)定方法包括:
[0008]采用該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)建立多個(gè)不同的仿真環(huán)境，各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h逐步遞增，并分別計(jì)算得到各個(gè)仿真環(huán)境下被測(cè)物體空間點(diǎn)在透視相機(jī)采集圖像上的光流L。
[0009]采用以下公式對(duì)各個(gè)仿真環(huán)境下的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h和被測(cè)物體空間點(diǎn)在相機(jī)采集圖像上的光流L之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到第一、第二、第三擬合參數(shù)
a、b、C，而實(shí)現(xiàn)對(duì)該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定:
[0010]h = a.Lb+c(I)
[0011]所述的各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h以固定步長(zhǎng)逐步遞+?
>曰O
[0012]所述的多個(gè)不同的仿真環(huán)境為至少兩個(gè)以上不同的仿真環(huán)境。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明方法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行外參數(shù)標(biāo)定，在系統(tǒng)非理想配置情況下，減小鏡面特性受加工精度和安裝精度的影響，改善了測(cè)距精度。與傳統(tǒng)的外參標(biāo)定方法相比較，本發(fā)明方法更為簡(jiǎn)便有效。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖更充分地描述本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明中的相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)包括同軸相對(duì)放置的旋轉(zhuǎn)體鏡面和透視相機(jī)，旋轉(zhuǎn)體鏡面的中心對(duì)稱軸和透視相機(jī)的光軸共線，且旋轉(zhuǎn)體鏡面的頂點(diǎn)與透視相機(jī)光心之間的距離固定，被測(cè)物體置于旋轉(zhuǎn)體鏡面的下方，被測(cè)物體視為空間點(diǎn)，被測(cè)物體空間點(diǎn)的入射光線經(jīng)鏡面反射成像到透視相機(jī)的成像平面上，旋轉(zhuǎn)體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓。等光流特性是指在相機(jī)光軸的運(yùn)動(dòng)方向上，空間上等間距的點(diǎn)在相機(jī)成像平面上的成像等間距的分布。
[0018]該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)滿足在光軸的運(yùn)動(dòng)方向上，空間上等間距的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于相機(jī)成像平面上等間距的像素點(diǎn)的特點(diǎn)，這使得空間點(diǎn)到相機(jī)光軸的軸心距和圖像光流之間存在一種簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)反射鏡面和透視相機(jī)理想配置時(shí)，已知系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)速度可由相機(jī)成像平面上采集得到的光流直接計(jì)算被測(cè)物體空間點(diǎn)到相機(jī)光軸的軸心距。本發(fā)明系統(tǒng)可安裝在無(wú)人機(jī)等飛行器上，用于導(dǎo)航與避障。
[0019]本發(fā)明的參數(shù)標(biāo)定方法包括:
[0020]采用該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)建立多個(gè)不同的仿真環(huán)境，各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h逐步遞增，并分別計(jì)算得到各個(gè)仿真環(huán)境下被測(cè)物體空間點(diǎn)在透視相機(jī)米集圖像上的光流L ；
[0021]采用以下公式I對(duì)各個(gè)仿真環(huán)境下的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h和被測(cè)物體空間點(diǎn)在相機(jī)采集圖像上的光流L之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到第一、第二、第三擬合參數(shù)a、b、c:
[0022]h = a.Lb+C(I)
[0023]本發(fā)明通過(guò)重新擬合軸心距與光流之間的關(guān)系式實(shí)現(xiàn)對(duì)該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定，將不同高度情況下系統(tǒng)安裝失偏引入的光流誤差通過(guò)重新擬合軸心距h和光流L之間的關(guān)系式進(jìn)行補(bǔ)償。
[0024]優(yōu)選的各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h以固定步長(zhǎng)逐步遞士豳
>曰ο
[0025]優(yōu)選的多個(gè)不同的仿真環(huán)境為至少兩個(gè)以上不同的仿真環(huán)境。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)體鏡面的鏡面輪廓可采用以下方式:相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)以透視相機(jī)光心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，該極坐標(biāo)系下所述的具有等光流特性的鏡面輪廓為以下公式:
[0027]

【權(quán)利要求】
1.一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于: 該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)包括同軸相對(duì)放置的旋轉(zhuǎn)體鏡面和透視相機(jī)，旋轉(zhuǎn)體鏡面的中心對(duì)稱軸和透視相機(jī)的光軸共線且旋轉(zhuǎn)體鏡面的頂點(diǎn)與透視相機(jī)光心之間的距離固定，被測(cè)物體置于旋轉(zhuǎn)體鏡面的下方，被測(cè)物體視為空間點(diǎn)，被測(cè)物體空間點(diǎn)的入射光線經(jīng)鏡面反射成像到透視相機(jī)的成像平面上，旋轉(zhuǎn)體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓；該參數(shù)標(biāo)定方法包括: 采用該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)建立多個(gè)不同的仿真環(huán)境，各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h逐步遞增，并分別計(jì)算得到各個(gè)仿真環(huán)境下被測(cè)物體空間點(diǎn)在透視相機(jī)采集圖像上的光流L。 采用以下公式對(duì)各個(gè)仿真環(huán)境下的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h和被測(cè)物體空間點(diǎn)在相機(jī)采集圖像上的光流L之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到第一、第二、第三擬合參數(shù)a、b、c，而實(shí)現(xiàn)對(duì)該相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定: h = a.Lb+c(I)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于:所述的各個(gè)仿真環(huán)境中的被測(cè)物體空間點(diǎn)到光軸的軸心距h以固定步長(zhǎng)逐步遞增。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸心距等光流折反射相機(jī)測(cè)距系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于:所述的多個(gè)不同的仿真環(huán)境為至少兩個(gè)以上不同的仿真環(huán)境。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104180819SQ201410363063
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】項(xiàng)志宇, 馬子昂 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)