光學(xué)定標(biāo)算法抗噪性研究及改進(jìn).pdf

1、視覺是人類感知外部世界的主要途徑。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺和立體視覺也得到了極大的發(fā)展。而攝像機(jī)定標(biāo)是機(jī)器視覺的基礎(chǔ)，因此攝像機(jī)定標(biāo)對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺的研究有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　但在計(jì)算機(jī)視覺中，存在許多亟待解決的問題，首先要解決的是空間三維物點(diǎn)與其二維像點(diǎn)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后利用攝像機(jī)所拍攝到的圖像來還原空間中的物體。在這里，假設(shè)攝像機(jī)所拍攝到的圖像與三維空間中的物體之間存在以下一種簡(jiǎn)單的線性關(guān)系：[像]=M[

2、物]，這里，矩陣 M可以看成是攝像機(jī)成像的幾何模型。M中的參數(shù)就是攝像機(jī)參數(shù)。通常，這些參數(shù)是要通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算來得到的。這個(gè)求解參數(shù)的過程就稱為攝像機(jī)定標(biāo)或標(biāo)定。攝像機(jī)定標(biāo)的目的就是要確定二維圖像坐標(biāo)系與三維世界坐標(biāo)系間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，只有對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臉?biāo)定后，才能根據(jù)攝像機(jī)所拍攝的圖像平面二維坐標(biāo)與空間三維坐標(biāo)建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　本文首先介紹攝像機(jī)定標(biāo)的研究背景，以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一些研究現(xiàn)狀并對(duì)全文的內(nèi)容進(jìn)行概括。其次

3、對(duì)攝像機(jī)定標(biāo)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了詳細(xì)的講解。對(duì)攝像機(jī)定標(biāo)理論所用到參考系比如：圖像坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。攝像機(jī)定標(biāo)的本質(zhì)便是圖像中的某點(diǎn)通過相機(jī)坐標(biāo)系建立由圖像坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系之間的約束條件。通過約束條件，得到攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)。在實(shí)際求解攝像機(jī)參數(shù)過程中，往往需要一種數(shù)學(xué)模型來近似替代攝像機(jī)模型。因此引入了線性成像模型。以此來求解攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣和攝像機(jī)的外部參數(shù)矩陣，同時(shí)由于魚眼鏡頭所存在鏡頭畸變，引入了攝

4、像機(jī)成像的非線性模型，從而得到了攝像機(jī)定標(biāo)的另一研究對(duì)象：非線性畸變系數(shù)。攝像機(jī)定標(biāo)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種攝像機(jī)標(biāo)定方法。接著對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法對(duì)于定標(biāo)環(huán)境有較高的要求，需要一個(gè)精確的標(biāo)定物，并要求已知標(biāo)定物的尺寸和形狀，定標(biāo)算法也比較復(fù)雜。攝像機(jī)自標(biāo)定法是不依賴于標(biāo)定物的算法，利用相機(jī)在移動(dòng)過程中圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系間的約束條件來求解攝像機(jī)參數(shù)。張氏標(biāo)定法是張正友教授提出的一種新型的求解攝像

5、機(jī)參數(shù)的方法。該方法主要針對(duì)攝像機(jī)鏡頭的徑向畸變問題提出了一種更好的解決辦法。通過沿不同的方向?qū)?biāo)定板拍攝多張圖像，利用數(shù)學(xué)公式計(jì)算圖像中的特征點(diǎn)與其三維物點(diǎn)間的線性關(guān)系，從而得到攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)。
　　本文同時(shí)對(duì)于該算法的抗噪性也有一些研究，主要是針對(duì)魚眼鏡頭所存在的畸變問題，提出了基于張正友標(biāo)定法的一種改進(jìn)的兩步標(biāo)定法。該方法把作為解析解求解出來的初始參數(shù)用非線性最小二乘法進(jìn)一步完善，得到了內(nèi)外參數(shù)，提高了初始數(shù)值的魯棒性，并