一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法。旋轉體鏡面的中心對稱軸和透視相機的光軸共線，被測物體置于旋轉體鏡面的下方，入射光經鏡面反射成像到透視相機，旋轉體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓。參數標定方法包括：采用該相機測距系統建立多個不同的仿真環境，各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距逐步遞增，并分別計算得到各個仿真環境下被測物體空間點在透視相機采集圖像上的光流，然后重新擬合軸心距與光流之間的關系。本發明方法通過對系統進行參數標定，在系統非理想配置情況下，減小鏡面特性受加工精度和安裝精度的影響，改善了測距精度。與傳統的外參標定方法相比較，本發明方法更為簡便有效。
【專利說明】一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測距系統的參數標定方法。具體來說是涉及一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法。
【背景技術】
[0002]目前普遍應用于視頻監控、機器人導航、視頻會議和場景重建中的全向相機大多是由傳統透視相機和反射鏡面組成的相機測距系統，反射鏡面的使用使得全向相機具有大視場成像特性。根據是否滿足單一視點特性，全向相機可以分為單視點折反射相機和非單視點折反射相機。由于在實際應用中透視相機與反射鏡面的安裝會存在一定程度上的失偏，所以在現實中使用的實際上都是非單視點折反射相機。
[0003]針對非單視點折反射相機的標定方法主要有以下幾種。J.Fabriz1的文獻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計的鏡面底部邊緣作為標定物，從鏡面的邊界圖像上恢復出透視相機內參和鏡面位姿參數，但專門設計的鏡面邊緣底部邊緣占用了部分鏡面反射區域；T.Mashita的文獻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窮遠直線的像來估計鏡面位姿關系，這種方法僅僅適合于鏡面中心軸與透視相機光軸不重合誤差較小的情況，并且需要準備由多條直線構成的標定模板。
[0004]傳統的外參標定是借助于標定物估計出鏡面與透視相機之間的旋轉與平移；對于同軸心距等光流折反射相機測距系統，傳統的外參標定方法存在明顯的弊端:首先，該系統是高度非線性系統，對角度安裝誤差的光流補償需要對每個像素點逐一進行，優化計算量很大；其次，得到的補償量只是對某一個高度有效，一旦系統距離實驗平面的距離發生變化，需要新的光流補償模板。
【發明內容】
[0005]由于實際應用中，鏡面的加工精度不足和系統的安裝失偏會對鏡面特性造成影響，進而影響測距精度，因此本發明的目的是提出一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法。基于由特殊設計的反射鏡面和透視相機組成的同軸心距等光流折反射相機測距系統，通過對系統進行外參標定，改善了測距精度。與傳統的外參標定方法相比較，所提出的外參標定方法更為簡便有效。
[0006]本發明采用的技術方案包括:
[0007]該相機測距系統包括同軸相對放置的旋轉體鏡面和透視相機，旋轉體鏡面的中心對稱軸和透視相機的光軸共線且旋轉體鏡面的頂點與透視相機光心之間的距離固定，被測物體置于旋轉體鏡面的下方，被測物體視為空間點，被測物體空間點的入射光線經鏡面反射成像到透視相機的成像平面上，旋轉體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓；該參數標定方法包括:
[0008]采用該相機測距系統建立多個不同的仿真環境，各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距h逐步遞增，并分別計算得到各個仿真環境下被測物體空間點在透視相機采集圖像上的光流L。
[0009]采用以下公式對各個仿真環境下的被測物體空間點到光軸的軸心距h和被測物體空間點在相機采集圖像上的光流L之間的關系進行擬合，得到第一、第二、第三擬合參數
a、b、C，而實現對該相機測距系統的參數標定:
[0010]h = a.Lb+c(I)
[0011]所述的各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距h以固定步長逐步遞+?
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[0012]所述的多個不同的仿真環境為至少兩個以上不同的仿真環境。
[0013]本發明的有益效果是:
[0014]本發明方法通過對系統進行外參數標定，在系統非理想配置情況下，減小鏡面特性受加工精度和安裝精度的影響，改善了測距精度。與傳統的外參標定方法相比較，本發明方法更為簡便有效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的相機測距系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖更充分地描述本發明。
[0017]如圖1所示，本發明中的相機測距系統包括同軸相對放置的旋轉體鏡面和透視相機，旋轉體鏡面的中心對稱軸和透視相機的光軸共線，且旋轉體鏡面的頂點與透視相機光心之間的距離固定，被測物體置于旋轉體鏡面的下方，被測物體視為空間點，被測物體空間點的入射光線經鏡面反射成像到透視相機的成像平面上，旋轉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光軸的運動方向上，空間上等間距的點在相機成像平面上的成像等間距的分布。
[0018]該相機測距系統滿足在光軸的運動方向上，空間上等間距的點對應于相機成像平面上等間距的像素點的特點，這使得空間點到相機光軸的軸心距和圖像光流之間存在一種簡單的對應關系，當反射鏡面和透視相機理想配置時，已知系統參數和運動速度可由相機成像平面上采集得到的光流直接計算被測物體空間點到相機光軸的軸心距。本發明系統可安裝在無人機等飛行器上，用于導航與避障。
[0019]本發明的參數標定方法包括:
[0020]采用該相機測距系統建立多個不同的仿真環境，各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距h逐步遞增，并分別計算得到各個仿真環境下被測物體空間點在透視相機米集圖像上的光流L ；
[0021]采用以下公式I對各個仿真環境下的被測物體空間點到光軸的軸心距h和被測物體空間點在相機采集圖像上的光流L之間的關系進行擬合，得到第一、第二、第三擬合參數a、b、c:
[0022]h = a.Lb+C(I)
[0023]本發明通過重新擬合軸心距與光流之間的關系式實現對該相機測距系統的參數標定，將不同高度情況下系統安裝失偏引入的光流誤差通過重新擬合軸心距h和光流L之間的關系式進行補償。
[0024]優選的各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距h以固定步長逐步遞士豳
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[0025]優選的多個不同的仿真環境為至少兩個以上不同的仿真環境。
[0026]如圖1所示，本發明優選的旋轉體鏡面的鏡面輪廓可采用以下方式:相機測距系統以透視相機光心為原點建立極坐標系，該極坐標系下所述的具有等光流特性的鏡面輪廓為以下公式:
[0027]
【權利要求】
1.一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法，其特征在于: 該相機測距系統包括同軸相對放置的旋轉體鏡面和透視相機，旋轉體鏡面的中心對稱軸和透視相機的光軸共線且旋轉體鏡面的頂點與透視相機光心之間的距離固定，被測物體置于旋轉體鏡面的下方，被測物體視為空間點，被測物體空間點的入射光線經鏡面反射成像到透視相機的成像平面上，旋轉體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓；該參數標定方法包括: 采用該相機測距系統建立多個不同的仿真環境，各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距h逐步遞增，并分別計算得到各個仿真環境下被測物體空間點在透視相機采集圖像上的光流L。 采用以下公式對各個仿真環境下的被測物體空間點到光軸的軸心距h和被測物體空間點在相機采集圖像上的光流L之間的關系進行擬合，得到第一、第二、第三擬合參數a、b、c，而實現對該相機測距系統的參數標定: h = a.Lb+c(I)
2.根據權利要求1所述的一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法，其特征在于:所述的各個仿真環境中的被測物體空間點到光軸的軸心距h以固定步長逐步遞增。
3.根據權利要求1所述的一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的參數標定方法，其特征在于:所述的多個不同的仿真環境為至少兩個以上不同的仿真環境。
【文檔編號】G01C25/00GK104180819SQ201410363063
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】項志宇, 馬子昂 申請人:浙江大學