一种新的基于圆环点的摄像机自标定方法A-软件学报.PDF

1000-9825/2002/13(05)0957-09 ©2002 Journal of Software 软 件 学 报 Vol.13, No.5 一种新的基于圆环点的摄像机自标定方法 孟晓桥, 胡占义 ( 中国科学院 自动化研究所 模式识别国家重点实验室,北京 100080) E-mail: xqmeng@; huzy@ http :///nlpr/ 摘要: 提出了一种基于圆环点的新的摄像机自标定方法.该方法仅要求摄像机在3 个(或3 个以上)不同方位摄取 一个含有若干条直径的圆的图像,即可线性求解全部摄像机内参数.该方法原理简单,完全摆脱了匹配问题,也无 须知道任何物理度量.整个定标过程不需要人的干预,可以自动进行,非常适合非视觉专业人员使用.模拟和真实 图像实验表明,该方法精确度较高,鲁棒性较强,有一定的实用性. 关 键 词: 摄像机标定; 圆环点;绝对二次曲线 中图法分类号: TP391 文献标识码: A 摄像机标定是计算机视觉领域里从二维图像获取三维信息的基本要求[1,2],是完成许多视觉工作必不可少 的步骤.随着摄像机的普及,许多非视觉专业人士需要有一种简易、灵活的标定方法帮助他们完成与视觉有关 的工作. 针对这一情况,Zhang 提出了一种用平面模板代替传统标定块的标定方法[3] .此方法要求绘制一个具有精确 定位点阵的模板(如图1 所示),然后使模板和摄像机做相互运动,获得3 个(或3 个以上)不同方位的模板图像,最 后通过确定图像和模板上的点的匹配,计算出图像和模板之间的单应性矩阵(homography),并利用该单应性矩 阵线性解出摄像机内参数.Zhang 的方法简单方便、成本低廉、标定的精度相对于自标定要高,符合办公、家庭 使用的桌面视觉系统(DVS) 的标定要求.但Zhang 的方法需要确定模板上点阵的物理坐标以及图像和模板之间 的点的匹配, 当图像和选取的点较多时,这种匹配关系的确定会成为一种极大的负担,给使用者带来了不便.针 对这一不足,本文提出的标定方法采用了一种新型的标定模板(如图 2 所示), 即一个圆和通过圆心的若干直线. 该方法仅要求摄像机在3 个(或3 个以上)不同方位摄取一个含有若干条直径的圆的图像,即可线性求解全部摄 像机内参数.采用这种模板的标定方法不存在匹配问题,也不需要知道任何模板上的物理度量,完全摆脱了人工 干预,使得整个标定过程非常简单,能够全自动进行.遵循圆环点标定的思路,本文还给出了多种类型的模板均 可适用于标定的结论. 1 标定原理 1.1 摄像机成像模型和圆环点的概念 T [ ] 考虑三维空间的点在图像平面上的成像原理,这里采用如下记号: 图像上的二维点记为m u,v ,空间中 T ~ T ~ T [ ] [ ] 三维点记为M x ,y ,z ,相应的齐次点坐标分别记为m u,v,t 和M [x ,y ,z ,t] ( t 是齐次项),如果摄像机采 用针孔模型,则空间点M 与图像点m 之间的射影关系为 ~ ~ [ ] , ( 1) sm K R t M 收稿日期: 2000-01-05; 修改日期: 2001-04-24 基金项目: 国家自然科学基金资助项目69975021) ; 国家重点基础研究发展规划973 资助项目(G 1998030502) 作者简介: 孟晓桥(1976 －), 男,湖北红安人,博士生,主要研究领域为摄像机标定,三维重建,无线通信网络;胡占义(1961 －),