非单视点折反射全向相机的自标定方法研究

摘要

非单视点折反射全向相机系统具有镜面设计柔性好、成本较低等优点，弥补了传统相机视场受限和单视点折反射相机系统很难精确校准的不足，可以同时观测水平360度的视野。随着大规模CCD成像技术和图像处理技术的飞速发展，非单视点折反射系统在移动机器人导航、视频会议、视频监控、虚拟现实、外部空间探测等众多领域具有广泛的应用前景。由于相机标定是诸多应用的最基本的一步，而针对单视点折反射相机的标定算法不适用于非单视点折反射相机，且现有的非单视点折反射相机标定方法操作复杂。因此，迫切需要一种操作简单、精度高的非单视点折反射相机系统的标定方法。
　　 本文提出一种非单视点折反射相机镜面位姿的自标定算法。在已知镜面和透视相机参数的情况下，该算法不需要任何其它标定物，只需要折反射相机采集的任意一幅图像即可估计出反射镜面与透视相机之间的旋转和平移。首先利用镜面外边缘所成的像，通过平面圆位姿估算方法获得两个候选位姿。然后利用透视相机镜头边缘的成像，提出一种同时镜头边缘参数估计和镜面位姿选择方法，选择出正确的镜面位姿。实验结果证明了方法的有效性。
　　 为进一步提高标定的精度和算法的执行速度，本文提出了一种基于RANSAC的改进的椭圆提取与拟合的算法和镜面位姿选择法，提高了拟合的鲁棒性和精度，同时更快速准确的估计出镜面位姿参数。该算法操作简单，精度较高，抗噪声鲁棒性好。
　　 最后，将上一章节提出的算法，以图像变换和三维重建为应用背景进行了实验测试。实验结果表明，本文所提出的非基于非单视点折反射相机本身的标定算法准确性和有效性，适合于非单视点折反射系统的标定。