2015年高教社杯全国大学生数学建模竞赛——数码相机定位【荐】.docVIP

承 诺 书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）： 福建工程学院 参赛队员 (打印并签名) ：1. 李林芳 2. 王东 3. 旷秀云 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 林志雄 日期：2008 年9 月 21 日 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 2008高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编 号 专 用 页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）： 评 阅 人 评 分 备 注 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）： 全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）： 数码相机定位 摘要 随着数码技术的迅速发展，标定的一种做法是：在一块平板上画若干个点， 同时用这两部相机照相，分别得到这些点在它们像平面上的像点，利用这两组像点的几何关系就可以得到这两部相机的相对位置。然而，无论在物平面或像平面上我们都无法直接得到没有几何尺寸的“点”。实际的做法是在物平面上画若干个圆（称为靶标），它们的圆心就是几何的点了。而它们的像一般会变形，如图1所示，所以必须从靶标上的这些圆的像中把圆心的像精确地找到，标定就可实现。 图 1 靶标上圆的像 有人设计靶标如下，取1个边长为100mm的正方形，分别以四个顶点（对应为A、C、D、E）为圆心，12mm为半径作圆。以AC边上距离A点30mm处的B为圆心，12mm为半径作圆，如图2所示。 图 2 靶标示意图 用一位置固定的数码相机摄得其像，如图3所示。 图3 靶标的像 请你们： 建立数学模型和算法以确定靶标上圆的圆心在该相机像平面的像坐标, 这里坐标系原点取在该相机的焦点，x-y平面平行于像平面； 对由图2、图3分别给出的靶标及其像，计算靶标上圆的圆心在像平面上的像坐标, 该相机的像距（即焦点到像平面的距离）是1577个像素单位(1毫米约为3.78个像素单位)，相机分辨率为1024×786； 设计一种方法检验你们的模型，并对方法的精度和稳定性进行讨论； 建立用此靶标给出两部固定相机相对位置的数学模型和方法。 二、问题的分析 针孔成像：假设物体表面的反射光都经过一个针孔中心而投影到像平面上，即满足光的直线传播条件。针孔成像主要有光心（投影中心）、成像面和光轴组成。本文中的针孔是指光学中心。 本问题研究的是相机的定位问题，数码相机成像原理图如下图（1），又光线穿过光学中心成像，所以凸透镜成像模型可以简化为一个针孔成像模型，其原理图如图（2），由图可看出，景物所在的面为物面，底片所在的面为像面，BO为物距，OD为像距， 与相似，已知物面任意一点的坐标即可根据相似三角形的原理求得对应像面点的坐标。 照相机成像原理 图（1） 图（2）针孔成像的原理图形 三、模型的建立与求解 但是由于像坐标的计算上存在误差，这种误差有可能是相机系统造成，也可能是计算标靶圆的像中心时算法所产生的。这种误差可定是存在的，由数码相机摄制物体的相片确定物体表面某些特征点的位置，则必将导致原物象的变形，所以我们就要求的一种误差最