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基于场景的相机自标定研究

作　者: 卢玥
导　师: 刘学军
学　校: 南京师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 单幅图像 场景 天然标定物 数位 径向畸变 多约束自标定
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着我国经济建设的飞速发展和国际地位的逐步提高,各种社会活动日益增多,基于地理信息的信息化服务的建设任务也日趋加重。传统的4D数据虽然包含了地物的空间信息和属性信息,却缺乏环境数据,数据过于平面化,而我们生活中大量接触到的近景影像,本身即蕴含丰富的空间几何信息,利用像片或视频提取目标物的空间信息,是丰富GIS数据源、建立新型信息化服务技术的创新与突破。可量测的实景影像(DMI)数据可以弥补传统GIS中4D产品的许多不足,提供从遥远的太空到地面厘米级的地球感知能力。因此,对影像数据的精确解析与建模,是充分发掘影像信息的关键,而相机的自标定,则是恢复相机的成像几何关系,实现目标物体立体化、可量测的重要步骤。自然或人文社会场景中存在大量的结构化几何物体,本文首先对已有的利用标定块或模板的相机标定法进行了梳理,寻找传统标定方法中标定物与天然场景中几何构造物的联系,对场景中的天然标定物进行了梳理和分类。为提高基于场景的相机自标定的精度,本文提出一种立足于像片本身的畸变参数解算方法——基于数位的相机径向畸变解算方法,该算法原理简单,条件易于提取。这种逐级求解的方法与传统的畸变解算方法相比,没有非线性方程优化的繁琐,并在不同分辨率的图像下均能保证一定的精度。结果的精度可以根据需求设定,并预估循环的次数范围及算法效率,是相机径向畸变求解的一种简单、高效的算法。以往的相机自标定大都利用两幅或两幅以上的图像,基于多视图几何的原理对相机进行标定,在已有的标定物分类的基础上,本文进一步研究探讨如何利用单幅像片中有限的场景信息来完成标定,对场景中出现的天然标定物进行了建模、组织与编码,提出一种结合多种几何特征的单像片多约束标定算法,提高了GIS中图像和视频数据的可用性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
图目录  9-10
表目录  10-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 研究背景与意义  11-12
    1.1.1 选题的必要性  11
    1.1.2 选题的意义  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-16
    1.2.1 相机标定技术  12-13
    1.2.2 基于几何结构信息的相机自标定  13-15
      (一) 基于灭点的相机自标定  14
      (二) 基于平面或立体模板的相机自标定  14-15
    1.2.3 现有研究的分析  15-16
  1.3 研究目标与内容  16-17
    1.3.1 研究目标  16
    1.3.2 研究内容  16-17
    1.3.3 拟解决的关键问题  17
  1.4 技术路线  17-18
  1.5 论文组织结构  18-19
第二章 相机标定理论基础  19-25
  2.1 概述  19
  2.2 相机坐标系、图像坐标系与世界坐标系  19-20
  2.3 相机的成像模型  20-22
    2.3.1 相机的线性模型  20-21
    2.3.2 相机的非线性模型  21-22
  2.4 绝对二次曲线与圆环点  22-23
    2.4.1 绝对二次曲线  22
    2.4.2 圆环点  22-23
  2.5 本章小结  23-25
第三章 基于场景的天然标定物及其分类  25-35
  3.1 基于场景的自标定算法原理  25-27
    3.1.1 基于三方向灭点的相机自标定  25-27
    3.1.2 基于圆环点的相机自标定  27
  3.2 不变量的提取与求解  27-30
    3.2.1 畸变的预处理  27-28
    3.2.2 圆环点的求解  28-30
  3.3 自标定算法约束条件分析  30-32
    3.3.1 不变量与几何模型  30-31
    3.3.2 几何条件对相机内参数的约束  31-32
  3.4 基于场景的天然标定物及其分类  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 基于数位的相机径向畸变参数解算  35-45
  4.1 径向畸变  35-36
  4.2 基于数位的畸变参数计算模型  36-39
    4.2.1 算法原理  36-37
    4.2.2 算法设计  37-39
    4.2.3 算法流程  39
  4.3 实验设计与结果  39-41
    4.3.1 仿真实验  40-41
    4.3.2 场景实验  41
  4.4 分析与讨论  41-42
    4.4.1 算法分析  41
    4.4.2 精度与效率  41-42
    4.4.3 分辨率对精度的影响  42
  4.5 本章小结  42-45
第五章 基于单幅像片场景的多约束自标定  45-57
  5.1 单幅场景中的多约束条件  45-47
  5.2 选取条件与综合法则  47-48
    5.2.1 标定物选取原则  47
    5.2.2 解算结果综合法则  47-48
  5.3 实验与结果分析  48-54
    5.3.1 实验数据  48-49
    5.3.2 室内实验像片分析  49-51
    5.3.3 室外实验像片分析  51-54
  5.4 本章小结  54-57
第六章 结论与展望  57-59
  6.1 主要结论  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-65
读研期间参与课题与获得奖励  65-67
致谢  67

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 一般性问题 > 测绘数据库与信息系统
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