淘豆网
下载此文档放大查看缩小查看   1/11
0/100
您的浏览器不支持进度条
更多>>该用户其他文档
下载所得到的文件列表
基于曲线拟合摄像机标定方法研究.doc
文档介绍:
科学计算选讲
基于最下二乘法曲线拟合标定方法研究
学院:精密仪器与光电子工程学院
专业:仪器科学与技术
姓名:赵艳
学号:1011202059
摄像机是视觉传感器的测量信息获得机构,摄像机标定技术则是使摄像机具有获得空间坐标的功能。随着近几十年来视觉检测技术的发展,摄像机标定技术被应用到近景测量中。在三维计算机视觉领域内的摄像机标定,就是指确定摄像机内部几何和光学特性(内部参数)和相对于一个世界坐标系的摄像机坐标的三维位置和方向(外部参数)的方法。
1 引言
目前摄像机标定问题研究的比较成熟,传统的摄像机标定方法大致可以分为线性的和非线性的。利用非线性最优化技术标定摄像机可以考虑各种因素假设,对任何复杂的摄像机成像模型都能达到很高精度,但若标定参数初始值估计不当,则无法通过优化程序得到正确标定结果,且优化运算非常费时,无法实时得到标定结果;线性***变换矩阵的摄像机标定法,不需运用最优化方法求解摄像机参数,从而运算速度快,可实现摄像机参数的实时计算,但是由于标定过程中不考虑镜头的非线性畸变,参数标定精度不高,且过分参数化,使得求解参数与实际情况不能很好地吻合;进一步考虑补偿的两步法先利用直接线性变换方法或者***变换矩阵方法求解摄像机参数的初始值,再考虑透镜畸变因素,利用最优化方法进一步提高标定精度。实验表明,对于广角镜头应考虑其径向畸变、切向畸变及薄棱镜畸变等,而对于一般的镜头,径向畸变已能足够描述非线性畸变,引入过多的畸变参数往往不仅不能提高精度,反而引起解的不稳定。
2 标定中椭圆拟合方法简介
图1是在标定中使用的圆孔靶标,在标定中需要提供每个圆孔的中心的像素坐标。
要想获得靶标上圆孔中心的像素坐标,就必须对得到的轮廓作椭圆拟合。常用的椭圆拟合算法,如果从其拟合的结果来看可以分为两类:
1)直接法:即直接以求取椭圆各参数(长轴a,短轴b,椭圆中心坐标X0,Y0,旋转角θ)为目的进行拟合。
2)间接法:该类方法一般先进行二次曲线拟合,求出椭圆的二次曲线方程式,而后再根据方程系数求出椭圆各参数。
直接法拟合椭圆的精度比较高,而且可以消除噪声的干扰,因此算法比较稳定。这里采用的是基于Hough变换的直接法。
图1标定用靶标
3 Hough变换原理与实现流程
设椭圆方程为:
图2椭圆的平行切线
其中,θ是旋转角,(X0,Y0)为椭圆中
心。假设椭圆上的四点P,Q,R,S如图3-7所示,有如下的几何性质:
过点Q的切线平行于过点S的切线,过点P的切线平行于过点R的切线,则 PC = QC = RC = SC = r 。
椭圆中心C(X0,Y0)和P(x1,y1),Q(x2,y2),R(x3,y3),S(x4,y4)有如下关系:,。
设φp为CP和过点P的切线所成的角,相应的有φQ,φR,φS,则这些角满足φp = φQ = φR = φS 。
P,Q,R和S构成和椭圆有相同旋转角θ的矩形,因此满足如下关系式:
根据上述性质,首先选取具有相同边缘方向的两点i(Xi,Yi)和j(Xj,Yj),使其满足性质a.,然后应用性质b,c可得如下等式:
设φi为过点i的切线和过(X0,Y0),(Xi,Yi)直线所成的角。由于过点i和点j的切线相互平行,(X0,Y0)位于过点i和点j的直线上,因此φi =φj。如果φi ≠π/2,则取另外一点k(Xk,Yk)满足以下两个条件:
k点到(X0,Y0)的距离等于r,满足性质b。
过点k的切线与过k(Xk,Yk)和(X0,Y0)的直线所成的角等于φi ,满足性质d 。因此可得:
考虑如下两个等式:
式(3-15)是椭圆的极坐标系方程式,式(3-16)是椭圆的梯度方程式。
其中,
是点i的边缘方向角。解这两个等式就可以得到椭圆的长、短轴a,b 。而后,由i,j,k点求得的椭圆参数映射转换到如下向量空间:
把这些向量存储到二维数组累加器中累加。
待搜索完所有待拟合点,接着就是在二维数组累加器中找出全局最大值(XV1,YV1),(XV2,YV2),(XV3,YV4),(XV4,YV4),最后可按下式获得椭圆参数:
图为椭圆拟合后的靶标图像。
图3 椭圆拟合后的靶标图像
4 实验数据与数据分析
单目视觉测量实验系统由红外靶标,D摄像机,计算机组成。由于靶标采用红外LED作为特征点,发光强度可以控制,这样测量范围也有一定的弹性。摄像机采集两个不同位置上的靶标图像,通过图像采集卡传送给计算机,计算机通过比较两幅图像,即可获得两次靶标位姿之间的关系。
表1 LED靶标平移测量结果
No.
(mm)
(mm)
(mm)
Distance between No. i and No. i-1(mm)
0
-88.558,
36. 内容来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.
更多>>相关文档
文档信息
最近更新
文档标签