基于两灭点法的摄像机标定方法研究_胡桂廷

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一种基于灭点和单目相机成像原理的在线标定方法

（19）中华人民共和国国家知识产权局
（12）发明专利申请
（10）申请公布号
CN104050669A
（43）申请公布日 2014.09.17（21）申请号CN201410273538.X
（22）申请日2014.06.18
（71）申请人北京博思廷科技有限公司
地址100193 北京市海淀区中关村软件园3号楼1326室
（72）发明人游亚平;王巍
（74）专利代理机构北京庆峰财智知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人刘元霞
（51）Int.CI
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
一种基于灭点和单目相机成像原理的在线标定方法
（57）摘要
本发明提供了一种基于灭点和单目相机成
像原理在线标定方法，利用了灭点的性质、以及
摄像机透视原理，此标定方法既不需要控制场而
同时精度在可接受范围内的标定方法，这种标定
算法操作简易灵活，在某些条件下还可以测量三
维立体距离。

这种标定算法最重要的优势和特性
还在于可进行在线标定，不需要派遣人员到现场
进行标定。

法律状态
法律状态公告日法律状态信息法律状态2014-09-17公开公开
2014-09-17公开公开
2014-10-22实质审查的生效实质审查的生效
2014-10-22实质审查的生效实质审查的生效
2017-12-19发明专利申请公布后的驳回发明专利申请公布后的驳回
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说明书
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基于二消失点的相机自标定方法pdf

基于二消失点的相机自标定方法韩第期信号处理、年月秀丽毋立芳郭江杨鹏北京工业大学电子信息与控制学院摘要相机标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息必不可少的步骤传统的标定方法利用个正交方向的消失点来进行标定实际场景中不容易同时得到三个正交的消失点。

本文在多幅图像中利用消失点不变性约束对两个相互正交方向的消失点来对相机进行自标定实验结果验证了本文算法的有效性。

关键词相机自标定消失点绝对二次曲线二姐咖 Ⅱ粕仃仃血锄仁【枷∞锄佗研山、阳印盯锄∞锄铆硎姗伍眦州毛锄∞ 刖舌相机标定即借助于像平面上一些点在世界坐标系中的坐标确定照相机的内、外参数得到有效的成像模型以达到在像平面上像素点与三维空间中的点之间建立映射的目的。

相机标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息必不可少的步骤被广泛用于三? 亟ā⒌己健⑹泳跫嗫氐攘煊颉Ｏ钟械南嗷甓ǚ椒ù筇蹇梢苑治车南嗷甓ǚ椒ê拖嗷员甓ǚ椒ā４车纳阆窕甓ǚ椒ㄐ枰甓ú握瘴铩啊Ｗ员甓ǚ椒ㄊ侵附隼蒙阆窕谠硕讨械闹芪Щ肪臣巴枷裰涞亩杂叵道辞笕∩阆窕诓问姆椒ā４颖局噬纤底员甓ǚ椒ǘ贾皇抢昧松阆窕诓问陨泶嬖诘脑际庑┰际氤【昂蜕阆窕脑硕薰亍Ｗ阅戟螳Λí 鳙酮螳┆ 鳙Κ螳状翁岢錾阆窕员甓ㄋ枷胍岳凑庵址椒ㄒ丫晌扑慊泳趿煊虻难芯咳鹊阒弧消失点是射影几何中一个非常重要的特征。

从年代起国内外许多学者开始对基柚首先提出应用消失点进于消失点的标定方进行大量的研究。

行相机标定。

传统的基于消失点的自标定算法一般都要找到个相互正交方向的消失点从而要求场景中要存在三组相互正交的平行线。

这种约束条件在实际中有时候不能被满足导致其实用性不强。

荷兰大学的教授多年来专门从事基于灭点标定理论进行建筑摄影测量学方面的研究。

他主要应用三点透视的影像分两步对相机的内方位元素进行标定用线摄影测量理论解决基于人工规则建筑物的重建问题。

基于多像灭点进行相机标定的方法研究

基于多像灭点进行相机标定的方法研究
相机标定的目的是通过确定相机的内部和外部参数来建立相机与世界坐标之间的几何关系，从而实现对图像的几何校正和测量。

多像素灭点法是一种常见的相机标定方法，它可以通过检测图像中不同平面上的多个像素灭点来估计相机的参数。

多像素灭点法的基本原理是，通过在图像中找到多个相交的直线的交点，来推断相机的内部和外部参数。

这些直线可以是平面上的直线，也可以是空间中的直线。

具体的步骤如下：
1. 选择一组已知的平面上的直线，或者通过3D空间中的直线
与相机投影成2D图像上的直线。

2. 在图像中检测这些直线，并找出它们的像素坐标。

3. 使用线性回归或最小二乘法来拟合这些像素坐标，从而得到一个或多个像素灭点。

4. 根据像素灭点的几何关系，估计相机的内部参数，如焦距和主点。

5. 使用像素灭点以及已知的平面上的点来估计相机的外部参数，如相机的位置和姿态。

6. 通过重复以上步骤，可以得到更准确的相机内外参数估计。

多像素灭点法的优点是可以使用不同平面上的多个直线来提高
标定的精度，适用于不同场景和相机。

然而，它也有一些局限性，比如需要手动选择已知平面上的直线，或者需要已知3D 空间中的直线。

另外，对于复杂的场景和图像，多像素灭点法可能无法准确估计相机参数。

总之，基于多像素灭点的相机标定方法是一种常见且有效的相机标定方法，可以通过检测图像中不同平面上的多个像素灭点来估计相机的内外参数。

根据不同的应用场景和需求，可以选择适合的多像素灭点算法，并通过精确的数据采集和计算，获得准确的相机标定结果。

一种新的基于并联机构的摄像机线性标定方法

一种新的基于并联机构的摄像机线性标定方法
张世辉;郭翠翠;孔令富
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2009(020)014
【摘要】提出一种新的基于并联机构的摄像机线性标定方法.首先推导出考虑一阶径向畸变针孔摄像机模型的完整表达式;然后巧妙利用六自由度并联机器人机构动平台作为二维平面模板的载体,构造虚拟三维靶标;最后,在确定一阶径向畸变系数和主点坐标的基础上,利用推导出的一阶径向畸变针孔模型表达式并结合虚拟三维靶标信息一次性线性求解摄像机其他内外参数.该方法可保证摄像机在固定之后进行现场标定,使摄像机的标定状态和工作状态完全一致,便于视觉并联机器人相关问题的研究.仿真和真实实验结果表明,该方法简单快捷,不仅避免了三维靶标的制作问题,而且避免了非线性优化的不稳定性,能满足实际需要.
【总页数】5页(P1651-1655)
【作者】张世辉;郭翠翠;孔令富
【作者单位】燕山大学,秦皇岛,066004;燕山大学,秦皇岛,066004;燕山大学,秦皇岛,066004
【正文语种】中文
【中图分类】TH112;TP242
【相关文献】
1.一种新的摄像机线性标定方法 [J], 张艳珍;欧宗瑛
2.一种新的线性摄像机自标定方法 [J], 李华;吴福朝;胡占义
3.一种新的基于Kruppa方程的摄像机线性自标定方法 [J], 王维盛
4.一种逐步求解的新的摄像机线性标定方法 [J], 吴海华;王从军;朱大林
5.一种新的摄像机线性标定方法 [J], 姚阳;张磊;徐冰辉;姚兴田
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摄像机标定方法综述

摄像机标定方法综述
李鹏;王军宁
【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】首先介绍了摄像机标定的基本原理以及对摄像机标定方法的分类.通过对最优化标定法、双平面标定法、两步法等传统摄像机方法的具体分析,给出了各种方法的优劣对比;同时对多种自标定方法的研究现状、发展情况以及存在问题进行了探讨.最后给出了发展传统摄像机标定方向、提高摄像机自标定精度的一些参考建议.
【总页数】3页(P77-79)
【作者】李鹏;王军宁
【作者单位】西安电子科技大学,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.41
【相关文献】
1.摄像机标定的研究进展综述 [J], 张振普;张同舟;王小雪;赵海媚;刘鑫鑫;
2.摄像机标定的原理与方法综述 [J], 冯亮;谢劲松;李根;霍庆立
3.全景摄像机标定方法综述 [J], 严春燕
4.摄像机标定的研究进展综述 [J], 张振普;张同舟;王小雪;赵海媚;刘鑫鑫
5.全景摄像机标定方法综述 [J], 张静;柴兴华;李小英;裴春琴
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一种基于三消隐点的摄像机自标定算法

一种基于三消隐点的摄像机自标定算法
段成钢;李秀智
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2007(027)004
【摘要】提出了一种对摄像机进行自标定的方法.该方法是利用自然场景中三组两两正交的平行线所获得的消隐点之间具备的约束条件来实现标定的,并能够对获取的消隐点进行优化校正.利用该方法开展了实验研究,并与采用传统标定方法得到的结果进行了比较,结果表明本文所提出的算法具有较好的应用前景.
【总页数】3页(P20-21,25)
【作者】段成钢;李秀智
【作者单位】北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73
【相关文献】
1.一种三维有限元网格的快速消隐算法 [J], 杨小辉;方宗德;杨青
2.基于三维消隐算法的装配视图消隐方法研究 [J], 薛文彦;李言;杨征瑞
3.三维形体消隐和相贯线的一种新算法 [J], 朱仁芝;太美花
4.一种改进的基于九圆点的摄像机自标定算法 [J], 陈洵凛;殷素峰;黎小巨;张锦荣
5.由表面模型表达的三维形体的一种消隐算法 [J], 朱仁芝;刘磊;江涌;陶涛;卢继军
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【豆丁-精品】-一种基于多灭点标定数码相机内外参数的方法

第41卷第5期四川大学学报(工程科学版)Vol.41No.5 2009年9月JOURNAL OF SI CHUAN UN I V ERSI TY(ENGI N EER I N G SC I ENCE ED I TI O N)Sep t.2009 文章编号:100923087(2009)0520193204一种基于多灭点标定数码相机内外参数的方法王德麾,樊庆文3,袁中凡(四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065)摘　要:提高相机定标精度,简化定标过程,是计算机视觉研究的重要内容。

利用包含至少4组平行线和两个定标点的模板,对模板一次拍照即可标定相机内外参数。

先利用Hough变换,检测出模板图像中的各直线,确定对应的灭点;再把灭点坐标及已知的各组平行线的方向向量代入隐参数矩阵计算方程,得到相机的隐参数矩阵;最后对隐参数矩阵进行分解,依次得到相机的内部参数矩阵和旋转矩阵,然后利用模板中两个已知空间坐标的定标点计算相机的位移矩阵。

该方法的求解过程仅涉及到线性方程组的求解,定标精度高、稳定性好,与基于主灭点的定标法相比,不需要相机做任何运动,定标过程简单,具有一定的理论意义和实用价值。

关键词:相机定标;灭点;Hough变换;直线检测中图分类号:X703文献标识码:ACa li bra ti on of Cam era’s A ll Param eters w ith Van ish i n g Po i n tsWAN G D e2hui,FAN Q ing2w en,YUAN Zhong2fan(School of Manufacturing Sci.and Eng.,Sichuan Univ.,Chengdu610065,China)Abstract:The most i m portant m issi on in the field of the computer visi on is how t o i m p r ove the p recisi on of the ca m2 era’s scaling and si m p lify the scaling p r ocess.For this pur pose,a ne w method t o calibrate the ca mera’s all interi or and exteri or para meters using at least4directi ons vanishing points and2calibratinon points is br ought f or ward.It only needs one i m age of the te mp late.Then the Hough transfor m is used t o detect lines in the i m age and the vanis2 hing points in each directi ons are l ocated.The ca mera2calibrating equati ons and the positi ons of the vanishing points are app lied t o res olve the ca mera’s i m p licit para meters matrix.Finally,the matrix are divded int o the ca mera’s in2 teri or and exteri or para meters according t o the matrix’s characteristic and accomp lish the calibrati pared with other calibrating ways,this method is more facility and p recise.Key words:ca mera calibrati on;vanishing point;hough transfor m;line detecti on 通过二维序列图像恢复三维景物的欧氏(Eu2 clidean)信息,标定线性相机的内部参数矩阵,旋转矩阵和平移向量,是计算机视觉的主要研究问题之一[1]。

一种新的基于灭点的相机标定方法

图 1 灭点的确定
Fig. 1 Definition of vanishing points
当直线与水平方向倾角 < 45 时, 直线两端点的横坐标的变化对灭点的影响很小, 可忽略不计, 这样, 式( 1) 可简化为
( xj - xV ) v yi + ( xV - x i ) v yj + ( yj - yi ) dxV +
校出像主点及焦距的误差变化.
图 4 仅当角度 v 变化时焦距 f 及主点 ( x 0, y 0) 的误差曲线 Fig. 4 Error curve of f and ( x 0, y 0) obtained when the angle v
ch anged
由图 4 可见: 角度 v 越大, 焦距 f 的中误差 mf 就越低, 但在 40 与 70 之间趋于平缓; x 0 的中误差 mx0 随角度的增大而增加, 而 y 0 的中误差 my0
xZ ! = - GZ ! cos !- oGsin !;
yZ ! = GZ ! sin !- oG cos !;
( 3)
其中: GX ! = f cot sec ; oG = f t an ;
oY ! = f cot ; GZ ! = f tan sec .
图 6 平面透视图
Fig. 6 Plane scenograph
a31 1 0 a34 a35 a36 dy 0 a41 0 1 0 a45 a46 d
( 4)
a51 1 0 a54 a55 a56 d
中图分类号: X703
文献标识码: A
文章编号: 0367- 6234( 2003) 11- 1384- 04
New method of camera calibration with vanishing points

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（，）ＢｅｉｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｉｉｎ１００６２１ｊｇｑｐｊｇ
Ｘｃｆ０００熿燄熿燄熿燄Ｙｃ λ ｖ＝０ｆ００Ｚｃ１００１０燀燅燀燅１燅燀标定就是要计算ｆ，Ｔ，Ｒｏ→ ｃ。ｕ
（）３
图１灭点法示意
现在流行的标定算法有传统的线性变化方法、张正友法以及基于灭点的快速标定算法。文章研究了基于灭点的该方法只需要采用摄像机在固定摄站坐标处拍标定方法：只要求图像中存在２组相互正交的平行线以摄１张图片，及坐标轴上１条长度已知的直线，大大简化了实际操作步骤。
２２（）Ｐ＝槡ＯＰｕＰｕ６ｆ＝Ｏｖ－Ｐｖ，，在图１中因为ＡＢ ⊥ＡＤ在像平面则有ＯＦｕ ⊥ ＯＦｖ，
２基于灭点理论的摄像机标定
２．１灭点的基本理论由于相机成像满足透视原理，因此空间上２条平行线在成像平面上的投影会在图像上有１个交点，称为灭点。假设三维空间中有Ｑ０点，方向矢量为ｄ，Ｄ是空间中该方向上过Ｑ０点的一条直线。该直线可Ｑ是直线上的任意一点，以用Ｑ０和ｄ表示为：
ｏｉｎｔｓＣａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｗｏｖａｎｉｓｈｉｎｐｇ
ＨｕＧｕｉｔｉｎｈｅｎＸｉａｎｄｏｎＣｇｇｇ
将Ａｕｖｗ记为世界坐标系Ｒｏ；Ｒｉｊ）为二维图像坐标ｓ（（）。为摄像机坐标系规定系；ＲＯｉｋＶ／ｊｃＲ为向量Ｖ在Ｒ坐标系下的表示。假设摄像机中心Ｏ点在图像上的投影为Ｐ点。为计算焦距ｆ，过Ｐ点做直线Ｆｕ交点为ＰｕＦｖ的垂线，ｖ。根据边的长度关系可得：ＯＰＰｕ Δ ｖ为直角三角形，
方法精度较高，但它需要测量精度高、结构已知的标定场或是标定物作为参照，典型的算法有ｄｉｒｅｃｔｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ（；方法，主动视觉标定方法需要知道ＤＬＴ）Ｔｓａｉ两步法］４５－；摄像机的运动信息，例如摄像机平移或旋转量［自标定
［］２３－
１摄像机标定数学模型
理想情况下，相机成像满足针孔成像模型。假设空间中任意一点Ｐ在世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系下的关系为：
仅依靠摄像机在运动过程中周围方法是指不需要标定物，环境及图像间的对应关系来求取摄像机参数的方法
［］６７－
。
一般情况下，传统的基于灭点的标定算法要求场景中该条件在实际应用中很难满存在３组相互正交的平行线，
０１２年３月收到。本文于２
·３７·
５卷第３
电子测量技术熿燄
Ｘｏ
２．２灭点法计算摄像机的焦距（）１在基于灭点理论计算相机参数时，要求拍摄的场景图且与成像平面不平片里可以找到２组相互正交的平行线，行。设从中提取出２组直线构成空间矩形Ａ它在图像ＢＣＤ，
理论与算法
电子测量技术ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＥＴ
第３５卷第７期２０１２年７月
基于两灭点法的摄像机标定方法研究
胡桂廷陈向东
（）北京精密机电控制设备研究所北京１００６２１、摘要：在计算机视觉当中，要对物体进行三维重建，需要实现对相机进行标定，即获得相机的的焦距（内参数）旋转。为提高场景摄像机的标定精度和标定效率，外参数）研究了一种基于２个灭点的快速摄像机标矩阵以及偏移向量（只要求被标定相机拍摄的图像中有２组相互正交的平行线，且这２组平行线与成像平定方法。该方法利用灭点理论，面不平行，由此可以获得２个灭点；为计算平移向量，图像中某个平行线方向上的一段直线的实际长度需已知。根据灭点的几何投影特性计算相机内外参数。利用监控摄像机进行试验验证，验证结果表明，该方法相对于传统的标定方法操作简单并且精度较高，具有一定的理论意义和实用价值。关键词：相机标定；灭点；内外参数中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ
：，）ａｒａｍｅｔｅｒＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｃｏｍｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃｏｎｃｌｕｄｅｓｆｏｃｕｓ（ｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｒｏｔａｔｅｍａｔｒｉｘａｎｄｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｐｐ）ｖｅｃｔｏｒ（ｅｘｔｅｒｉｏｒａｃｕｉｓｉｔｉｏｎｉｓｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｗｏｒｋｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｏｂｅｃｔｓ．Ｔｏａｒａｍｅｔｅｒ－ｑｊｐ，ａｅｒｒｏｏｓｅｓｉｍｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃａｎｄｓｉｍｌｉｆｆｉｅｌｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｔｅｓｔｈｅａｎｆａｓｔｃａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｔｗｏｐｐｐｐｐｙｐｙｐｇｏｉｎｔｓ．Ｉｔａｄｏｔｓａｎｖａｎｉｓｈｉｎｏｉｎｔｓｍｅｔｈｏｄｔｏｅｔｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｅｘｔｅｒｉｏｒａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｏｎｌｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｖａｎｉｓｈｉｎｐｐｇｐｇｐｙｇｇ：；ａｓｓｕｍｔｉｏｎｓａｒｅｍａｄｅｔｈｅｓｉｎｌｅｉｍａｅｃｏｎｔａｉｎｓａｔｔｗｏｖａｎｉｓｈｉｎｏｉｎｔｓｗｈｉｃｈｉｓｅｔａｔｔｗｏｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｔｈｅｌｅｎｔｈｐｇｇｇｐｇｇ（）（）ｉｎ３Ｄｓａｃｅｏｆｏｎｅｌｉｎｅｓｅｍｅｎｔｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒｉｎｔｈｅｉｍａｅｉｓｋｎｏｗｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｅｒｉｍｅｎｔｐｇｇｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗｉｔｈａｎｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｃａｍｅｒａｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅａｎｄｏｆｔｈｅａｌｏｒｉｔｈｍｃｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃａｒｒｉｅｄｐｇｐｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｏｎｅｓ．：ｃ；；Ｋｅｗｏｒｄｓａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｖａｎｉｓｈｉｎｏｉｎｔｓｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｅｘｔｅｒｉｏｒａｒａｍｅｔｅｒｓｇｐｐｙ
因为灭点具有非常重要性质为相机光心和灭点间连线与形即Ｏ因成该灭点的空间平行线平行，Ｆｕ ∥ ＡＤ，ＯＦｖ ∥ ＡＢ。直线Ｆ此可得，Ｆｖ ⊥ ＯＰｕＦＦｖ ⊥ ＰＰｕＦＶ ⊥ ＯＰ，ｕｖ、ｕｖ以及Ｆｕ、、。而且 Δ ＯＦｕＦｖ Δ ＯＦｕＰｕＯＦｖＰｕｖ Δ ｖ均为直角三角形根据相似关系可得：
１］。传统的标定自标定方法和基于灭点的方法［标定方法、
中提出了一种基于单幅图像中２个灭点的标定方法，虽然但假设相机的主点是图像的中该方法对场景要求降低了，心，导致计算精度下降。本论文研究了基于单幅图像中存在２个灭点的标定方法的数学模型，利用这种方法进行摄像机的内外参数的标定。
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