基于鱼眼镜头的全方位视觉系统参数标定方法研究

摘要

近年来，随着光学镜头及成像芯片技术的不断发展，基于常规镜头的传统视觉系统由于其有限的视场范围已经不能满足许多应用场合的需求。全方位视觉系统可一次拍摄获取水平方向360°场景的全部图像信息。由于该系统具有大视野的显著特征，它已成为当前计算机视觉研究的焦点和热点，在国内、外学者的努力下取得了大量的研究成果，在安防、移动机器人自主导航、娱乐、辅助驾驶、医学临床等领域得到了广泛的应用。
　　与被广泛研究的常规全方位视觉不同，本文采用鱼眼镜头建立全方位视觉系统。全方位视觉传感器虽可捕获水平方向360°信息，但垂直方向视场有限，且由于基于光的反射原理摄像机本体及支架将会出现在被采集到的图像中，存在盲区和冗余信息。鱼眼镜头可一次拍摄获取180°×180°内半球域的全部信息，与全方位视觉传感器相比无盲区且在垂直方向视场具有显著优势可达到180°，因此利用利用鱼眼镜头构建全方位视觉系统越来越受到关注和认可。
　　本文通过对经典常规镜头标定方法的学习与研究，首先研究了一套基于物理参数分离思想的鱼眼镜头全方位视觉系统参数标定方法；通过实验，分析该方法的优势与不足，进而提出参数数字化标定方法，建立了一种适用于所有类型鱼眼镜头的通用数字模型，并基于该模型研发了相应的标定方法。
　　本文的主要研究内容包括：
　　1.分析常规视觉系统的成像原理及成像模型，比较多种常规视觉系统的经典标定方法，找出每种方法的优点和不足，为基于鱼眼镜头的全方位视觉系统参数标定方法研究寻找理论依据、奠定基础；
　　2.总结鱼眼镜头的成像原理及成像模型，建立鱼眼镜头数学模型及畸变模型，镜头与摄像机选型，构建本文所研究的视觉系统；
　　3.建立基于鱼眼镜头的全方位视觉系统几何模型，根据该模型研究基于物理参数分离思想的参数标定方法，进行实验验证；
　　4.在前面研究工作的基础上，提出了一种适用于所有类型鱼眼镜头的通用数字模型，根据该模型设计标定靶标及标定步骤，最终建立了参数数字化标定方法。通过MATLAB编程实现，实验结果证明了该方法的准确性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的意义及背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究所存在问题

1.4 课题来源及主要研究内容

第二章 常规镜头视觉系统的参数标定

2.1 摄像机针孔模型及成像原理

2.2 基于立体(3D)靶标标定方法

2.2.1 基于透视变换矩阵的标定方法

2.2.2 直线线性变换(DLT)

2.3 R.Tsai的RAC方法

2.3.1 径向排列约束(RAC)

2.3.2 RAC标定过程

2.4 基于平面(2D)靶标的张正友标定方法

2.5 本章小结

第三章 基于鱼眼镜头的全方位视觉系统建立

3.1 鱼眼镜头结构

3.2 鱼眼镜头成像原理

3.3 鱼眼视觉系统模型

3.3.1 鱼眼视觉系统几何及数学模型

3.3.2 鱼眼视觉系统畸变模型

3.4 成像系统建立

3.4.1 鱼眼镜头选择

3.4.2 相机选型

第四章 基于鱼眼镜头的全方位视觉系统参数标定

4.1 物理参数分离标定法

4.1.1 图像中心标定

4.1.2 鱼眼镜头物理参数标定

4.2 参数数字化标定法

4.2.1 鱼眼镜头通用数学模型

4.2.2 参数数字化标定方法及步骤

4.3 试验结果对比分析

4.3.1 物理参数分离标定法实验结果

4.3.2 参数数字化标定程序实现

4.3.3 误差分析对比

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢