基于单位视球的鱼眼相机标定方法

针对鱼眼镜头的大范围视场,提出一种新的鱼眼相机标定方法.利用2组相互垂直的平行线来进行鱼眼相机标定.依据相机视场和成像边缘得到内部参数的估计值后,将图像平面上提取的角点反投影到单位视球（viewing sphere）上,2组平行线在单位球面上的2种几何特性提供外部参数估计的解析解.利用角点在图像平面的重投影误差来,得到优化后的所有参数.对3种常见的鱼眼投影模型分别进行关于标定图像数量和噪声水平的仿真实验.从仿真结果来看,在合理的噪声范围内,当用于标定的图像大于5张时,可以得到精度较高的标定结果.利用视场角185°的鱼眼相机来进行标定,并进一步的利用已知结构的立方体模板来验证外参估计方法.与加州理工学院提供的标定工具箱相比较,结果表明该算法不确定度较低,提供更为准确的标定结果.     

一种反投影模型下的图像重建迭代算法

现有的图像重建迭代算法,通常是基于对投影模型及其几何物理意义的分析形成迭代格式,通过研究投影模型与反投影模型在几何物理意义上存在的相互对应关系,建立了一种反投影模型下的图像重建迭代算法.基于反投影模型中扫描射线和重建点的几何位置关系,引入重建点离散化模型,考察了全体扫描射线对重建点的贡献因子,给出了一种反投影系数矩阵的估计方法,并形成了迭代格式,进而建立了反投影模型下的图像重建迭代算法.数据实验结果给出了反投影模型下的图像重建迭代算法的有效性验证.该算法的成像结果有较好的密度分辨率,有助于进一步研究并构建直接成像的快速实用算法.     

一种灵活的柱面反投影算法

传统柱面图像反投影算法依赖于圆柱模型以及标定的精度,且物距发生变化时模型将会失效,需要重新进行标定,过程繁琐,场景适应性不足.为此,提出一种灵活的柱面图像反投影算法.根据透视投影原理,像素当量随距离远近呈二次曲线分布,因此可以通过拟合二次曲线表征其成像特性,对竖直方向和水平方向分别进行处理,进而实现柱面图像反投影变换.当目标物体相对相机发生前后方向和左右方向位移时,通过修正二次曲线的系数适应其成像特性的改变,无需再次标定.实验结果表明,该算法精度与传统方法相当,且在左右移动、一定缩放范围内保持精度不变.本文算法仅需一次标定即可满足目标物体小范围内移动时的图像变换需求,提高了场景适应性.     

柱面透视投影模型下的全景环形透镜畸变校正

根据全景环形透镜的成像机理特点,提出了用柱面透视投影模型来对图像畸变进行校正.在柱面投影模型中,空间直线的投影不再是直线,而是一个短轴不变的椭圆.首先建立含有畸变参数的全景环形透镜柱面校正模型,将空间直线点映射为柱面的椭圆上的点,然后使用投影长度和为零的条件,将环形像面上的点拟合为柱面上的最佳椭圆,求出变形校正参数,进而校正全景环形像.仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了校正,误差达到了亚像素级.     

基于单目相机和多线激光雷达的联合标定方法研究

目的 针对相机和激光雷达之间的外参标定问题,为了减少两者的标定误差,得到更高的标定精度,方法 提出一种基于非线性优化的联合标定方法。首先拍摄不同角度的棋盘格标定板图像,采集足够多数据后利用工具包进行相机内参标定,得到单目相机内参;然后在激光点云和图像中检测标定板的角点特征坐标,激光点云下的角点坐标由提取的标定板点云数据和其几何特征获得,通过拟合出的图形由上至下、由左至右确定图形顶点坐标及标定板行列数,可得到各角点坐标;相机角点特征坐标采用FAST角点检测,利用角点灰度信息确定角点坐标;根据点云检测特征点到图像投影误差构建目标函数,将外参求解转化为最小二乘问题;最后通过基于列文伯格-马夸尔特的非线性优化算法,迭代求解得到最优外参。结果 最终平均标定投影误差为1.29像素,最大投影误差为2.46像素,最小投影误差为0.70像素,标准差为0.57像素。结论 根据标定的外参将点云投影至图像上可知,标定结果较好,并将结果运用到实际场景下视觉和激光雷达融合的SLAM算法中,运动轨迹平滑且与地图保持高度一致,本文方法标定过程简单,不需要棋盘格的真实物理尺寸,满足使用要求。     

采用立体标定板的鱼眼相机快速标定方法

针对目前鱼眼相机标定过程繁琐的问题,进行了鱼眼相机快速标定方法的研究。设计了一种由三块黑白棋盘组成、带有红色边界线的立体标定板;对标定图像依据棋盘所属平面进行图像分割,并对每部分分别检测角点,建立二维图像坐标与三维世界坐标的映射;选用折反射成像模型,提出了适用于立体标定法的参数求解方法。进行了该立体标定法与常用平面多图标定法的对比实验,通过图像畸变校正效果和图像坐标逆投影至世界坐标的精度,验证标定精度。实验表明:立体标定法可以实现与平面多图标定方法同样高的标定精度,且具有较好的鲁棒性;同时该标定法极大简化了标定操作流程,缩短了标定时间。     

基于改进卷积反投影模型的CT成像伪影消除方法

针对传统卷积反投影法的CT重建图像容易产生伪影的问题,提出了一种基于改进卷积反投影算法的CT成像伪影消除方法.该方法通过分析给定模板的测量参数,标定CT系统的旋转中心、探测器间距及各探测方向等参数,使用Radon和傅里叶变换得到反投影方程,并利用卷积反投影技术得到每一点的吸收率与投影值的积分关系,使用三次样条插值算法得到较清晰的重建图像.仿真结果表明,所提出的算法具有简明易懂、操作方便和精确度高等诸多优点,相较于传统方法拥有更高的运算效率.     

基于球面保角映射理论的表面特征标记点匹配法

提出一种基于曲面参数化理论的半自动匹配方法.首先,选择任一样本数据作为参照模型,根据其表面几何特征手动标定特征标记点;其次,利用保角映射方法将全部样本数据映射到同一球形域,根据球面坐标对应关系实现在其他样本表面上特征标记点的自动标定;最后,利用迭代逼近点方法归一化特征标记点在空间的位置.实验考察了统计形状模型的通用性原则和专一性原则,并且比较了球面保角映射中不同约束条件对获得模型质量的影响.实验结果表明:利用球面保角映射3个基准点约束所得模型的专一性指标明显好于零质心约束方法,并且实验所需时间减少近50%.     

基于单CCD尺寸检测的摄像机标定方法

为提高机械零件尺寸检测的精度,针对Tsai两步标定法中初始参数不精确的问题,提出了基于直线投影约束的三步标定方法.该方法首先利用直线投影约束条件求解出图像中心点和畸变参数的初始值,然后结合径向排列约束条件求解超定方程组得出全部外部参数和余下内部参数值,最后对全局参数进行非线性优化.为验证提出方法的效果,通过建立基于图像模板的世界坐标系实现,即首先利用图像像素坐标求取摄像机坐标,再将摄像机坐标进行归一化,利用外参数矩阵就可以求解出图像点的世界坐标.结果表明,该方法可以有效提高摄像机标定的精度,像素误差可达0.126 5像素点,单目视觉尺寸检测中任意两点距离误差小于0.41%.     

全景摄像机标定

针对一般全景摄像机标定方法需要特殊的装置、设备和仅适用于满足单视点约束情况下的问题,依据从单视点指向三维点的向量投影到图像平面的过程可以用泰勒级数描述的理论,建立了双曲面全景摄像机标定方法的一般传感器参数模型.标定方法能够补偿镜子焦点与摄像机光心间的配置误差,能够应用于单视点约束没有精确满足的情况下.同时算法只需摄像机从不同位置获取棋盘格平面模板图像可以进行标定.摄像机和平面模板可以自由移动,而不需知道运动的先验知识,所以算法灵活方便,而模型的参数通过非线性优化得到,所以精度较高.