没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
温馨提示
为满足深空探测全景相机的高精度标定要求,针对大型室外三维标定靶标构建困难、不能现场标定,平面棋盘靶标标定精度不高等问题,提出了一种基于圆形标志点的相机标定方法。大量圆形标志点按矩阵形式均匀分布在平面靶标上,以其中一个圆形标志点为原点建立世界坐标系。基于相机成像模型及物点、相机原点、像点的共线性约束,以投影误差最小作为目标函数,采用非线性优化方法得到了相机参数的最优解。标定实验结果显示所提标定方法可行、有效,具有较高的标定精度和较好的稳健性,相机参数的标定精度优于0.3 pixel;采用的畸变模型合适,标志点投影误差优于0.07 pixel。
资源推荐
资源详情
资源评论
书书书
第
33
卷
第
11
期
光
学
学
报
Vol.33
,
No.11
2013
年
11
月
犃犆犜犃犗犘犜犐犆犃犛犐犖犐犆犃
犖狅狏犲犿犫犲狉
,
2013
基于圆形标志点的深空探测全景相机标定方法
吴凡路
1
,
2
刘建军
1
,
3
任
鑫
1
,
3
李春来
1
,
3
1
中国科学院国家天文台,北京
100012
;
2
中国科学院大学,北京
100049
3
中国科学院月球与深空探测重点实验室,北京
( )
100012
摘要
为满足深空探测全景相机的高精度标定要求,针对大型室外三维标定靶标 构建 困难、不 能现 场标定,平面 棋
盘靶标标定精度不高等问题,提出了一种基于圆形标志点的相机标定方法。大量 圆形标 志点 按矩阵 形式 均匀分 布
在平面靶标上,以其中一个圆形标志点为原点建立世界坐标系。基于相机成像模 型及物 点、相 机原点、像点 的共 线
性约束,以投影误差最小作为目标函数,采用非线性 优化 方法 得 到了 相机 参 数的 最优 解。标 定实 验 结果 显示 所 提
标定方法可行、有效,具有较高的标定精度和较好的稳 健 性,相 机参 数 的标 定精 度 优于
0.3
p
ixel
;采用 的 畸变 模型
合适
,标志点投影误差优于
0.07
p
ixel
。
关键词
机器视觉;相机标定;圆形标志点;全景相机;平面靶标;镜头畸变
中图分类号
TP391.41
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犃犗犛201333.1115002
犇犲犲
狆
犛
狆
犪犮犲犈狓
狆
犾狅狉犪狋犻狅狀犘犪狀狅狉犪犿犻犮犆犪犿犲狉犪犆犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀犜犲犮犺狀犻
狇
狌犲
犅犪狊犲犱狅狀犆犻狉犮狌犾犪狉犕犪狉犽犲狉狊
犠狌犉犪狀犾狌
1
,
2
犔犻狌犑犻犪狀
犼
狌狀
1
,
3
犚犲狀犡犻狀
1
,
3
犔犻犆犺狌狀犾犪犻
1
,
3
1
犖犪狋犻狅狀犪犾犃狊狋狉狅狀狅犿犻犮犪犾犗犫狊犲狉狏犪狋狅狉犻犲狊
,
犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿
狔
狅
犳
犛犮犻犲狀犮犲狊
,
犅犲犻
犼
犻狀
犵
100012
,
犆犺犻狀犪
2
犝狀犻狏犲狉狊犻狋
狔
狅
犳
犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿
狔
狅
犳
犛犮犻犲狀犮犲狊
,
犅犲犻
犼
犻狀
犵
100049
,
犆犺犻狀犪
3
犓犲
狔
犔犪犫狅狉犪狋狅狉
狔
狅
犳
犔狌狀犪狉犪狀犱犇犲犲
狆
犛
狆
犪犮犲犈狓
狆
犾狅狉犪狋犻狅狀
,
犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿
狔
狅
犳
犛犮犻犲狀犮犲狊
,
犅犲犻
犼
犻狀
犵
100012
,
烄
烆
烌
烎
犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋
犆狅狀狊犻犱犲狉犻狀
犵
狋犺犲犱犻犳犳犻犮狌犾狋犻犲狊犻狀犮狅狀狊狋狉狌犮狋犻狅狀犪狀犱狅狀狊犻狋犲
狆
狉狅犮犲狊狊犻狀
犵
狅犳狅狌狋犱狅狅狉狋犺狉犲犲犱犲犿犲狀狋犻狅狀犪犾犮犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀
狋犪狉
犵
犲狋
,
犪狀犱狋犺犲犾狅狑
狆
狉犲犮犻狊犻狅狀狅犳犮犺犲狊狊犫狅犪狉犱狋犪狉
犵
犲狋
,
犪狀犲狑犮犪犿犲狉犪犮犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱犫犪狊犲犱狅狀犮犻狉犮狌犾犪狉犿犪狉犽犲狉狊犻狊
狆
狌狋
犳狅狉狑犪狉犱狋狅 犿犲犲狋狋犺犲犺犻
犵
犺
狆
狉犲犮犻狊犻狅狀狅犳
狆
犪狀狅狉犪犿犻犮犮犪犿犲狉犪犳狅狉犱犲犲
狆
狊
狆
犪犮犲犲狓
狆
犾狅狉犪狋犻狅狀狊.犃犾犪狉
犵
犲狀狌犿犫犲狉狅犳犮犻狉犮狌犾犪狉
犿犪狉犽犲狉狊犪狉犲犱犻狊狋狉犻犫狌狋犲犱狅狀狋犺犲狋犪狉
犵
犲狋犻狀犿犪狋狉犻狓犳狅狉犿
,
狅狀犲狅犳狑犺犻犮犺犻狊狋犪犽犲狀犪狊狋犺犲狅狉犻
犵
犻狀狅犳狑狅狉犾犱犮狅狅狉犱犻狀犪狋犲狊
狔
狊狋犲犿.
犅犪狊犲犱狅狀狋犺犲犮犪犿犲狉犪 犿狅犱犲犾犪狀犱犮狅犾犾犻狀犲犪狉犻狋
狔
狅犳狅犫
犼
犲犮狋
狆
狅犻狀狋
,
犮犪犿犲狉犪狅狉犻
犵
犻狀
,
犪狀犱犻犿犪
犵
犲
狆
狅犻狀狋
,
狋犺犲狅
狆
狋犻犿犪犾犮犪犿犲狉犪
狆
犪狉犪犿犲狋犲狉狊犪狉犲狅犫狋犪犻狀犲犱 狑犻狋犺狀狅狀犾犻狀犲犪狉狅
狆
狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀 犿犲狋犺狅犱
,
狑犺犻犮犺 狌狊犲 犿犻狀犻犿犻狕犻狀
犵狆
狉狅
犼
犲犮狋犻狅狀犲狉狉狅狉犪狊狅犫
犼
犲犮狋犻狏犲
犳狌狀犮狋犻狅狀.犈狓
狆
犲狉犻犿犲狀狋犪犾狉犲狊狌犾狋狊狊犺狅狑狋犺犪狋狋犺犻狊 犿犲狋犺狅犱 狑犻狋犺犺犻
犵
犺犲狉
狆
狉犲犮犻狊犻狅狀犪狀犱犫犲狋狋犲狉狉狅犫狌狊狋狀犲狊狊犻狊犳犲犪狊犻犫犾犲犪狀犱
犲犳犳犲犮狋犻狏犲.犜犺犲犪犮犮狌狉犪犮
狔
犻狊犫犲狋狋犲狉狋犺犪狀0.3
狆
犻狓犲犾.犜犺犲犱犻狊狋狅狉狋犻狅狀 犿狅犱犲犾犻狊狊狌犻狋犪犫犾犲犪狀犱狋犺犲
狆
狉狅
犼
犲犮狋犻狅狀犲狉狉狅狉犻狊犫犲狋狋犲狉
狋犺犪狀0.07
狆
犻狓犲犾.
犓犲
狔
狑狅狉犱狊
犿犪犮犺犻狀犲狏犻狊犻狅狀
;
犮犪犿犲狉犪犮犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀
;
犮犻狉犮狌犾犪狉犿犪狉犽犲狉
;
狆
犪狀狅狉犪犿犻犮犮犪犿犲狉犪
;
狆
犾犪狀犪狉狋犪狉
犵
犲狋
;
犾犲狀狊犱犻狊狋狅狉狋犻狅狀
犗犆犐犛犮狅犱犲狊
150.0155
;
150.1488
;
040.1520
;
100.2000
收稿日期:
20130517
;收到修改稿日期:
20130608
基金项目:国家重大专项(探月工程)、国家自然科学基金(
11273037
)
作者简介:吴凡路(
1988
—),男,硕士研究生,主要从事双目立体视觉、全景镶嵌等方面的研究。
Email
:
wufl
@
nao.cas.cn
导师简介:李春来(
1965
—),男,硕士,研究员,主要从事月球与深空探测、陨石学、行星遥感等方面的研究。
Email
:
licl
@
nao.cas.cn
1
引
言
月球 车、火星车等巡 视探测器携 带科学探测 仪
器在地外天体的表面进行巡视探测
[
1-5
]
。其中全景
相机的主要功能是对行星表面复杂环境进行有效地
感知 和信息融合
[
6
]
,获取高分辨 率的巡视区 行星表
面三 维光学图像
[
7
]
,和其他载荷 配合共同完 成巡视
区地形地貌、撞击坑、地质构造以及综合研究的科学
目标
[
8-9
]
。
11150021
光
学
学
报
计算机立体 视觉系统从 获取的图像 信息出发,
计算空间环境中物体的位置、形状等几何信息,并由
此重建和识别环境中的物体。完成上述任务的关键
步骤是相机几何参 数标定,即建立像 点 图像坐标 与
物点三维空间坐标 之间的关 系,这 是 由相机成 像 模
型所决定 的。 相 机 标 定 可 分 为 基 于 靶 标 的 标 定 方
法
[
10-15
]
和自标定方法
[
16-19
]
两类。基于靶标的标 定
方法利用一个结构 已知
、高 精度的定 标 参照物作 为
标定靶标,通过物点 和像点之 间 的对应关 系 来建立
相机成像模型参数 的约束,利用优化 算 法来求解 这
些参数。该方法的 优点是标 定 精度高,缺点是大 型
室外三维标定靶标构建困难、成本高,无法移动实现
现场标定;若采用平面棋盘靶标,标定算法对噪声和
图像质 量 比 较 敏 感,易 引 起 特 征 点 提 取 精 度 的 下
降
[
20
]
,且尺寸相对较小时标定精度也会降低
[
21
]
。自
标定方法不依赖于 标定参照 物,仅 利 用相机拍 摄 的
多幅图像同名点的对应关系来标定相机参数。由于
只是利用了相机内 参数自身 存 在的约束,所以该方
法灵活方便,但精度不 高、稳 健 性差,不适用于 要 求
高精度标定的深空探测全景相机。
大型室外三维标定靶标的成像基站在很大的空
间范围呈三维分布,总 体 组装完成 后 全景相机 安 装
于巡视探测器桅杆 的顶端,很难实现 在 每个基站 都
成像,且全景相 机 也无法绕 光 轴旋转变 换 姿态。为
了科学目标的顺利 实现,在巡视探 测 器发射前 需 对
全景相机进行几何标定。为了满足全景相机的高精
度标定要求,本文提 出了一种 基 于圆形标 志 点的标
定方法
。该方法根据全景相机的视场范围对标定标
志、拍摄基站进行优化设计,利用被标定全景相机在
平面靶标前方多种距 离、多 个 基站、多种姿态、多种
角度依次成像,以投影误差最小作为目标函数,通过
Levenber
g
Mar
q
uardt
优 化 方 法
[
22
]
精 确 求 解 相 机
参数。
2
标定方法
2.1
相机成像模型
实际的成像系统 并 不是理想 的 透视投影 (小 孔
成像模型),相 机 内 部 参 数 除 包 含 有 效 焦 距
犳
与 像
主点坐标外,还含有径向畸变、离心畸变、
CCD
面阵
变形等补 偿 修 正 项
。 以
Brown
模 型
[
23
]
为 基 础,采
用畸变模型:
′狓
c
=
狓
-
狓
0
-
Δ
狓
=
(
狌
-
狌
0
)
犱
狓
-
Δ
狓
,
′
狔
c
=
狔
-
狔
0
-
Δ
狔
=
(
狏
-
狏
0
)
犱
狔
-
Δ
狔
,
′狕
c
=-
犳
烅
烄
烆
,
(
1
)
式中 (
′狓
c
,
′
狔
c
,
′狕
c
)为理想像点在相机坐标系中的坐
标,(
狓
,
狔
)为实际像点的像面坐标,(
狓
0
,
狔
0
)为像主
点(即光轴与像平面的交点)的像面坐标,(
狌
,
狏
)为
特征像点的像素 坐标,(
狌
0
,
狏
0
)为像主点的像素坐
标,(
犱
狓
,
犱
狔
)为 水 平 和 垂 直 方 向 的 像 元 几 何 尺 寸,
(
Δ
狓
,
Δ
狔
)为径向畸变、离 心 畸 变 和
CCD
面 阵 变 形
等引起的实际像点偏离其理想像点的偏移量。相机
成像模型如图
1
所示。
图
1
相机成像模型
Fi
g
.1 Ima
g
in
g
modelofcamera
由像差理论可 知,高 级畸变系 数 对畸变量 的 影
响相对于低级畸变 系数要小 很 多,通 常忽略高 级 畸
变。目前光学成像 系统的设 计、加 工 及安装都 可 以
达到很高的精度,因此薄棱 镜 畸变很微 小。 在达到
深空探测全景相机 预期标定 精 度的情况 下,为 了 提
高标定效率及算法的稳健性,畸变模型中 只考虑前
三级径向畸变(
犽
1
,
犽
2
,
犽
3
)、前两级离心畸变(
狆
1
,
狆
2
)
和
CCD
面阵变形(
犫
1
,
犫
2
),忽略薄棱镜畸变、高级径
向及离心畸变
[
12
,
23
]
,则实 际像点偏离 其理想像 点 的
偏移量为
11150022
剩余6页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38538381
- 粉丝: 6
- 资源: 907
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功