鱼眼镜头的标定和畸变校正研究

为在使用鱼眼镜头得到大视野图像的同时得到正常的视觉效果,研究鱼眼镜头的成像模型及内外参数的标定过程.相比常用的标定算法,采用基于镜头模型的标定方法;针对Davide Scaramuzza提出的全方位相机标定工具箱,指出其不足之处,对角点坐标的精度、标定系数矩阵稳定性和角点范围随意性三方面进行优化和提高;根据标定结果对鱼眼畸变图像进行畸变校正,得到正常视觉的平面图.实验结果表明,优化后的方法实现简单、鲁棒性强、结果准确.     

改进的平面模板两步法标定摄像机

最近，张正友提出用平面模板两步法来标定摄像机。该方法能高精度地标定摄像机，且简便易行，可以说是两步法标定的代表，但其算法模型仅考虑了镜头径向畸变，其对切向畸变较大的场合，如鱼眼镜头成像，则不适用。为此，通过改进其摄像机模型，提出了一种改进的两步法，该方法先用图像中心附近点求取初值，由于图像中心附近点畸变很小，故求取的初值能很好地逼近准确值，然后采用一种基于内部映射牛顿法的子空间置信域法通过求精来得到所有参数。仿真实验和真实实验的结果表明，该方法的标定精度要优于张正友的方法，鲁棒性也更好。     

基于线性特征的鱼眼图像校正方法

针对鱼眼镜头采集的畸变图像,在棋盘格标定模板的基础上,提出一种有效的校正方法。该方法采用标准畸变模型,首先基于畸变图像的线性特征提出目标函数;然后利用SUSAN改进算法精确定位棋盘格角点坐标;对已得到的有限角点坐标进行畸变曲线拟合,在畸变曲线上提取所需数量的点;最后用渐近寻优算法计算最优畸变系数,使得目标函数最小。实验结果表明,该方法角点定位精确、算法时间复杂度低,能够有效校正鱼眼镜头造成的图像畸变。     

一种鱼眼镜头成像立体视觉系统的标定方法

鱼眼镜头成像立体视觉系统在微小型机器人视觉导航和近距离大视场物体识别与定位中有着广泛的应用 .尽管鱼眼镜头摄像机具有很大的视场角 (接近 180°) ,但同时也引入严重的图像变形 ,常规的摄像机标定方法无法使用 .该文提出一种标定鱼眼镜头摄像机立体视觉系统的方法 .在鱼眼镜头变形模型的基础上 ,通过考虑鱼眼镜头成像的径向变形、偏心变形和薄棱镜变形 ,建立了鱼眼镜头成像的精确成像模型 ;然后 ,利用非线性迭代算法 ,精确求解摄像机外部参数、内部参数 .实验表明 ,使用该方法得到的立体视觉系统参数满足精确恢复大场景稠密深度图的要求 .     

一种用于鱼眼镜头的线性标定方法

针对鱼眼镜头的高精度标定需求,提出一种基于除法畸变模型的线性标定方法。通过除法模型将标定问题转换为线性方程组求解问题,在确定相机畸变中心后对畸变方程与投影矩阵进行解耦,分别求解相机内外参数和畸变系数,从而实现鱼眼镜头的快速鲁棒标定。实验结果表明,与非线性标定方法相比,该方法在保证标定准确性和可靠性的同时,计算效率提高了约10倍。     

一种基于经线模型的鱼眼图像校正算法

鱼眼镜头所拍摄的图像具有严重的畸变。为了消除鱼眼图像的畸变,提出了一种改进的基于经线模型的校正算法。该算法首先建立经线模型,然后利用改进的校正算法对鱼眼图像进行校正,再建立半圆模型对校正过的图像进行修正,得到最终的图像。该算法不需要进行鱼眼镜头的标定以及参数的估计,通过建立全局统一的模型,对鱼眼图像进行校正。通过对模型图像和真实图像进行实验,结果表明,文中提出的算法能高效快捷地对鱼眼图像进行校正,而且具有较好的效果。     

一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法

鱼眼相机由于其超宽的视场范围（Field of view,FOV）（可以达到180°以上）,得到越来越广泛的应用. 常规的基于小孔成像模型的相机矫正与标定算法在超宽视场的鱼眼成像系统中已经不太适用,为了兼顾小孔模型的特点,本文提出了一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法. 此方法是对小孔成像模型的进一步拓展,不仅具备小孔模型实现简单、适合人眼视觉效果以及相机标定方便等优点,同时将小孔成像模型适用的视场范围扩展到超宽视场领域. 其基本思路是:在利用小孔成像模型对鱼眼相机90°左右视场范围进行矫正与标定的基础上,使用非等间距的点阵模板,并结合直线拟合以及自然邻点插值算法,扩展小孔模型适用的视场范围. 本文使用鱼眼相机从不同的角度拍摄多幅模板图,完成鱼眼相机的矫正与标定. 通过求取的小孔成像模型参数实现相机的标定;对鱼眼相机拍摄的实际场景图进行畸变矫正测试,结果表明此方法能够很好地矫正鱼眼相机存在的畸变,得到符合人眼视觉效果的矫正图;单幅矫正图视场范围达到130°,结合不同角度拍摄的多幅模板图,可把矫正的视场范围扩展到180°.     

二轴转台测角法用于线阵相机几何参数标定

目的 目前对线阵相机的几何参数标定方法比较少,而且已有标定方法都需要特殊、高精度要求的设备,为此提出一种基于二轴转台测角法的线阵相机标定方法,通过简单的设备高精度求取线阵相机的内参数和畸变参数。方法 通过简化面阵相机成像模型,建立线阵相机成像模型且推导出参数计算公式,提出测角法标定流程并设计了专门的标定板,利用图像边缘检测得到标定板黑白条纹的边缘点坐标,结合二轴转台的角度信息,代入成像模型中,主要采用最小二乘法和迭代优化算法,求取线阵相机的内参和畸变参数。同时指出了该方法的适用性和标定精度依赖于转台精度、镜头视场角和感光器件分辨率。结果 对3只不同焦距的镜头进行标定实验,分析了内参数和畸变参数迭代优化过程,焦距的标定精度优于5 μm、主点的标定精度优于3 μm,与其他文献中高成本方法进行相比,处于同一数量级。结论 提出一种新的线阵相机几何参数标定方法,该方法利用低成本二轴转台和黑白条纹标定板即可高精度标定出线阵相机几何参数。该方法的适用性依赖转台精度、镜头视场角和感光器件分辨率,对于步长为0.012 9°的转台和分辨率为1 436的线阵相机,最多只能标定焦距为16 mm的镜头,而焦距更长的镜头需要更高精度的转台。     

一种改进的相机标定方法

摄像机标定与图像畸变修正是摄影测量、视觉检测、计算机视觉等领域的重点研究课题之一,在测绘、工业控制、导航、军事等领域得到了极大的应用。研究了摄像机模型,摄像机标定等内容。对DLT的标定方法进行了改进,在摄像机模型中全面考虑了镜头的畸变,利用图像中心附近点畸变量较小的性质,提出一种摄像机内外部参数和像差修正参数分离的标定方法。并举例说明了基于同一物体的两幅图画三维重构的具体实验步骤和方法,分析了影响精度的因素。     

基于双线性插值的鱼眼图像校正方法

鱼眼镜头具有大视场、短焦距等优点,近年来被广泛应用到不同的领域。由于鱼眼镜头成像存在较大的畸变,目前主要用来目标监测,在目标物体的识别方面应用得很少。为此,提出一种基于球面透视投影约束的鱼眼图像校正方法,并用双线性插值法对校正后的图像进行填充,为鱼眼镜头在目标物体识别跟踪方面的应用做了准备工作。实验结果表明采用上述方法能够很好地对鱼眼图像畸变进行校正,且校正后的鱼眼图像符合人的直观感觉,真实感较强,图像边缘清晰。     

Approximate model of fisheye camera based on the optical refraction

This paper proposes an approximate model of fisheye camera based on the optical refraction. The model of fisheye lens is firstly derived from the optical refraction and the structure of fisheye lenses. Secondly, a suitable linearization of the fisheye model is developed in order to obtain an approximate model, and the approximate model including two parameters is constructed from the linearization of the fisheye model. Finally, the estimation algorithm on the model parameters is presented using the epipolar constraint between two fisheye images. Furthermore, we provide lots of experiments with synthetic data and real fisheye images. To start with, the feasibility of the approximate model is tested through fitting the five common designed model of fisheye lens with synthetic data. Two groups of experiments with real fisheye image are then performed to estimate the model parameters. In practical situation, this method can automatically establish image correspondences using an improved random sample consensus algorithm without calibration objects.     

鱼眼相机与PTZ相机相结合的主从目标监控系统

提出了一种将鱼眼相机和PTZ相机相结合的主从目标监控系统,充分利用鱼眼相机单镜头半球空间成像以及PTZ相机指向性高分辨率成像的优点,实现了单系统半球空间运动目标的高分辨率成像监控。首先采用运动点团模式实现鱼眼图像中运动目标的检测;然后在鱼眼图像空间计算目标的相对方位角P′、俯仰角T′和距离Z′;最后通过参数映射将其映射到PTZ图像空间,输出PTZ控制信号给相机进行指向性成像。PTZ图像空间中的P参数和T参数结合鱼眼镜头畸变系数进行校正计算,Z参数根据目标在鱼眼图像中的相对尺寸及PTZ图像中需要的尺寸进行计算。通过对PTZ参数的多次实验测量,其结果的误差均在系统要求范围之内。系统实际的户外测试结果表明,系统能准确检测出鱼眼图像中的运动目标,在PTZ参数的控制下,PTZ相机能准确指向目标进行二次高分辨率成像,目标在PTZ图像中的位置和大小合适,达到预期的设计目标。     

基于一阶径向畸变算法的双目摄像机多位姿标定方法

双目立体视觉中在对物体进行三维测量或精准定位时,需要对摄像机进行标定以获得其内外参数。研究径向畸变摄像机模型,构造了基于一阶径向畸变（RAC）算法的双目摄像机内外参数线性求解公式。考虑侧倾角、旋转角、俯仰角以及透镜的主要畸变因素,修正了传统RAC标定法中只考虑径向畸变、部分参数需要先验值的缺陷。利用标定所得内、外参数进行了多位姿双目摄像机三维重构实验。实验结果表明,该标定方法重投影误差分布在[-0.3,0.3],动态识别结果与实际运行轨迹重合率为96%,对降低双目立体视觉三维测量误差率有积极性影响。     

摄像机镜头畸变的研究

分析了摄像机成像模型和镜头非线性畸变模型,通过实验的方法求得了镜头的径向畸变系数,并首次根据图像复原原理将镜头的畸变系数引入边缘的亚像素定位算法中,最后通过对图像测量系统进行了标定,用实验的方法定量地比较了镜头径向畸变对测量精度的影响。同时,在标定的过程中通过“二次标定”的方法消除了“单次标定”所引入的系统误差,提高了测量精度。实验证明,通过对镜头的畸变进行校正来提高亚像素边缘定位精度的方法是有效的、显著的。     

双线阵CCD相机的畸变校正和标定方法

在双线阵CCD的三维重建中,对线阵CCD相机的标定和镜头畸变校正是基础环节。提出了一种用于三维重建中的双线阵CCD标定及镜头畸变校正方法。根据左右相机间的单应性关系,以及线阵CCD的成像原理,将双目相机间的空间关系分解成姿态角与错切角的关系。通过靶图数据的拟合,对姿态角和镜头畸变进行校正,根据求出的错切角完成相机间的标定,实现对具有镜头畸变的双线阵CCD的标定。实验结果表明,标定和校正精度满足后续三维重建中图像匹配的需求。     

基于柱面模型的鱼眼影像校正方法的研究

鱼眼镜头突破普通相机对视场的限制,然而它存在畸变。从基于球面透视的柱面模型出发,介绍如何对整幅鱼眼影像进行畸变校正,提出一种基于球面透视的柱面模型的等弧长映射方法,并给出具体算法的推导,实现了对鱼眼影像畸变的校正,取得了较好的效果。     

基于直线投影特征的镜头畸变校正方法

针对摄像机镜头畸变校正方法的简便和快速问题,设计了基于直线投影特征的校正方法。介绍了镜头主要畸变产生原因和畸变模型;给出直线三点在理想投影下的关系,确定了适应度函数,利用遗传算法得到了畸变参数组最优解。基于matlab软件编写校正程序,并进行了实验验证。实验表明,利用畸变参数组的最优解能够实现图像畸变校正,效果较好。该标定方法只需场景内有直线存在即可实现对摄像机镜头畸变参数校正,方法所需实验条件简单,程序简便,便于现场快速校正。     

鱼眼图像校正及拼接的研究与实现

鱼眼图像视角大,两幅图片即可拼接成全景图,但鱼眼图像存在严重变形。该文利用场景中直线的鱼眼投影曲线,使用球面透视投影约束,得到径向和切向变形参数,实现了鱼眼图像的校正。基于待拼接图像之间重叠部分亮度差最小的原理,确定了重叠区域,通过在重叠区域间的融合,实现了图像的无缝拼接。校正及拼接结果表明,该方法能得到较为满意的效果。