折反射摄像机的标定技术研究
发布时间：2022-02-18 14:50
折反射摄像机由于其具有视场大、结构简单和成本低等优势,被广泛应用于三维场景重建、视频监控和视觉导航等领域。本文主要研究了折反射摄像机的成像模型和误差评价两个方面。本文首先论述了折反射摄像机的成像结构及现有的两种成像模型,推导并给出了两种成像模型的数学表达式。针对折反射成像系统的旋转对称特性,根据投影几何理论,优化折反射成像模型,提出了折反射图像点与空间直线之间的经纬仪成像模型,并证明了该模型与球面统一模型的等价性。本文选用双曲面镜折反射摄像机进行实验验证,用Harris算法提取双曲面折反射摄像机采集到的7张棋盘格图像的角点坐标。其次,通过球面统一模型标定了该摄像机的内外参数,并根据等价性得到经纬仪模型的内参数。在经纬仪模型下,可将折反射摄像机等价为传统透射式摄像机,采用传统的EPNP算法计算外部参数,最后,比较这两种模型计算得到的反投影误差。实验结果表明:经纬仪模型的反投影平均误差比球面统一模型降低了0.05个像素,提升了摄像机的标定精度。经纬仪模型将球面统一模型的非线性投影转换为等价形式的线性投影方式,可以更好的应用现有的位姿估计算法获得高精度的外参数,为折反射摄像机的外参数计算开辟...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抛物面镜折反射相机投影示意图
第2章折反射相机成像原理7222,,,,ppxpypzxyzrzrzrz"P(2-2)其中rx2y2z2。经抛物面镜反射后正交投影到z0平面，由于抛物线的特性，P经过抛物线反射的光线均平行于z-轴，所以根据公式(2-2)可得经过抛物面镜反射投影在z0平面上的点坐标为：22*,,,ppxpyqxyzrzrz(2-3)2.1.2双曲面镜折反射相机成像结构双曲面投影的过程为空间中的三维点P以双曲面的第一个焦点为投影中心投影到双曲面上，再将这个投影点与双曲线的第二个焦点连线投影至图像平面上。如图2-2所示，P点首先投影在双曲面上两点P"，P""，然后经过反射镜反射与第二个焦点相连投影到图像平面上的点Q",Q""。图2-2双曲面折反射相机投影示意假设双曲面两个焦点所在的对称轴z-轴重合，设第一个焦点为坐标系原点，第二个焦点在y-轴负半轴，且两个焦点之间的距离为d，其正焦弦为4p，因此得出双曲面镜的平面方程为：2222,,1zdxySxyzabb(2-4)其中：
第2章折反射相机成像原理8221422adpp，222bpd4p2p(2-5)对于空间中的三维点,,TPxyz，投影到双曲面上的点为,,,TpdSxyz，经过反射镜反射后，将,,,TpdSxyz和双曲面第二个焦点连接的入射光线透视投影到z0平面，结果表示为：2222*,22222/42/4,,,44pdxdpdpydpdprxyzddrzrzdpdp(2-6)2.1.3椭圆面镜折反射相机成像结构椭圆面镜的成像过程与双曲面镜相同。如图2-3所示，P点首先投影在椭圆面上两点P"，P""，然后经过反射镜反射与第二个焦点相连投影到图像平面上的点Q",Q""。图2-3椭圆面折反射相机投影模型假设椭圆面两个焦点所在的对称轴z-轴重合，设第一个焦点为坐标系原点，第二个焦点在y-轴负半轴，且两个焦点之间的距离为d，其正焦弦为4p，因此得出椭圆面镜的平面方程为：2222,,1zdxySxyzabb(2-7)其中：221422adpp，bpd24p22p2(2-8)同理可得，对于空间中的的三维点,,TPxyz，其经过椭圆面镜反射投影在z0
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种针对近景摄影测量的相机标定方法[J]. 杨冬. 经纬天地. 2019(03)
[2]基于广义成像模型的Scheimpflug相机标定方法[J]. 孙聪,刘海波,陈圣义,尚洋. 光学学报. 2018(08)
[3]大视场全天候折反式红外全景云量观测[J]. 张姣,于洵,张丹婷. 西安工业大学学报. 2018(02)
[4]全景摄像机标定方法综述[J]. 张静,柴兴华,李小英,裴春琴. 西安文理学院学报(自然科学版). 2017(04)
[5]基于合作靶球的视觉传感器外参标定方法[J]. 宋佳慧,任永杰,杨守瑞,尹仕斌,郭寅,叶声华. 光学学报. 2017(09)
[6]基于单目视觉和棋盘靶标的平面姿态测量方法[J]. 苏建东,齐晓慧,段修生. 光学学报. 2017(08)
[7]鱼眼视频图像畸变的实时校正方法[J]. 吕耀文,安喆,徐熙平. 吉林大学学报(理学版). 2017(01)
[8]基于HALCON的全景摄像机标定及应用研究[J]. 张柱,张莹,闫璠,高赢. 计算机工程与应用. 2016(10)
[9]非球面鱼眼镜头设计及畸变校正算法研究[J]. 张宝龙,李丹,张少敬,李洪蕊,杨继超,王靖云. 光学学报. 2014(12)
[10]中心折反射相机标定方法综述[J]. 张艳,赵丽娜,胡万宝. 计算机工程与科学. 2014(05)
博士论文
[1]中国中学几何作图教科书发展史（1902-1949）[D]. 张彩云.内蒙古师范大学 2019
[2]全向视觉传感器标定[D]. 林颖.浙江大学 2013
[3]单视点折反射成像系统的建模、标定与应用[D]. 张雷.浙江大学 2010
硕士论文
[1]利用单个球的投影性质标定抛物折反射摄像机[D]. 李远珍.云南大学 2018
[2]大视野多光谱折反射成像系统的研究[D]. 罗蕾.浙江大学 2018
[3]基于广义统一模型的非单视点全向相机标定[D]. 戴行.浙江大学 2014
[4]基于非球面的折反射全景成像系统设计[D]. 段英丽.西安电子科技大学 2012
[5]全景视觉系统标定技术研究[D]. 朱睿爽.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3631030
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抛物面镜折反射相机投影示意图
第2章折反射相机成像原理7222,,,,ppxpypzxyzrzrzrz"P(2-2)其中rx2y2z2。经抛物面镜反射后正交投影到z0平面，由于抛物线的特性，P经过抛物线反射的光线均平行于z-轴，所以根据公式(2-2)可得经过抛物面镜反射投影在z0平面上的点坐标为：22*,,,ppxpyqxyzrzrz(2-3)2.1.2双曲面镜折反射相机成像结构双曲面投影的过程为空间中的三维点P以双曲面的第一个焦点为投影中心投影到双曲面上，再将这个投影点与双曲线的第二个焦点连线投影至图像平面上。如图2-2所示，P点首先投影在双曲面上两点P"，P""，然后经过反射镜反射与第二个焦点相连投影到图像平面上的点Q",Q""。图2-2双曲面折反射相机投影示意假设双曲面两个焦点所在的对称轴z-轴重合，设第一个焦点为坐标系原点，第二个焦点在y-轴负半轴，且两个焦点之间的距离为d，其正焦弦为4p，因此得出双曲面镜的平面方程为：2222,,1zdxySxyzabb(2-4)其中：
第2章折反射相机成像原理8221422adpp，222bpd4p2p(2-5)对于空间中的三维点,,TPxyz，投影到双曲面上的点为,,,TpdSxyz，经过反射镜反射后，将,,,TpdSxyz和双曲面第二个焦点连接的入射光线透视投影到z0平面，结果表示为：2222*,22222/42/4,,,44pdxdpdpydpdprxyzddrzrzdpdp(2-6)2.1.3椭圆面镜折反射相机成像结构椭圆面镜的成像过程与双曲面镜相同。如图2-3所示，P点首先投影在椭圆面上两点P"，P""，然后经过反射镜反射与第二个焦点相连投影到图像平面上的点Q",Q""。图2-3椭圆面折反射相机投影模型假设椭圆面两个焦点所在的对称轴z-轴重合，设第一个焦点为坐标系原点，第二个焦点在y-轴负半轴，且两个焦点之间的距离为d，其正焦弦为4p，因此得出椭圆面镜的平面方程为：2222,,1zdxySxyzabb(2-7)其中：221422adpp，bpd24p22p2(2-8)同理可得，对于空间中的的三维点,,TPxyz，其经过椭圆面镜反射投影在z0
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种针对近景摄影测量的相机标定方法[J]. 杨冬. 经纬天地. 2019(03)
[2]基于广义成像模型的Scheimpflug相机标定方法[J]. 孙聪,刘海波,陈圣义,尚洋. 光学学报. 2018(08)
[3]大视场全天候折反式红外全景云量观测[J]. 张姣,于洵,张丹婷. 西安工业大学学报. 2018(02)
[4]全景摄像机标定方法综述[J]. 张静,柴兴华,李小英,裴春琴. 西安文理学院学报(自然科学版). 2017(04)
[5]基于合作靶球的视觉传感器外参标定方法[J]. 宋佳慧,任永杰,杨守瑞,尹仕斌,郭寅,叶声华. 光学学报. 2017(09)
[6]基于单目视觉和棋盘靶标的平面姿态测量方法[J]. 苏建东,齐晓慧,段修生. 光学学报. 2017(08)
[7]鱼眼视频图像畸变的实时校正方法[J]. 吕耀文,安喆,徐熙平. 吉林大学学报(理学版). 2017(01)
[8]基于HALCON的全景摄像机标定及应用研究[J]. 张柱,张莹,闫璠,高赢. 计算机工程与应用. 2016(10)
[9]非球面鱼眼镜头设计及畸变校正算法研究[J]. 张宝龙,李丹,张少敬,李洪蕊,杨继超,王靖云. 光学学报. 2014(12)
[10]中心折反射相机标定方法综述[J]. 张艳,赵丽娜,胡万宝. 计算机工程与科学. 2014(05)
博士论文
[1]中国中学几何作图教科书发展史（1902-1949）[D]. 张彩云.内蒙古师范大学 2019
[2]全向视觉传感器标定[D]. 林颖.浙江大学 2013
[3]单视点折反射成像系统的建模、标定与应用[D]. 张雷.浙江大学 2010
硕士论文
[1]利用单个球的投影性质标定抛物折反射摄像机[D]. 李远珍.云南大学 2018
[2]大视野多光谱折反射成像系统的研究[D]. 罗蕾.浙江大学 2018
[3]基于广义统一模型的非单视点全向相机标定[D]. 戴行.浙江大学 2014
[4]基于非球面的折反射全景成像系统设计[D]. 段英丽.西安电子科技大学 2012
[5]全景视觉系统标定技术研究[D]. 朱睿爽.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3631030
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