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基于单、双目图像序列的自标定方法研究

作　者: 郭树涛
导　师: 江泽涛
学　校: 南昌航空大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 摄像机自标定 内参数变化 绝对二次曲线 准仿射重构
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


摄像机标定技术是三维重建的关键技术之一，是计算机视觉中的不可缺少的一步，而摄像机标定的任务就是确定空间点投影得到的图像的2D坐标与其空间3D坐标间的映射关系，也就是说摄像机标定技术就是求解摄像机参数的过程。标定结果的精度和算法的鲁棒性直接影响到后续工作的准确性，因此，一个好的标定方法是做好三维重建等计算机视觉问题的前提，摄像机标定技术也具有很大的研究价值。近年来，摄像机自标定技术越来越成为标定技术的研究方向，并受到很高的重视，在这个领域学者们提出了几种通过同一场景的几幅视图来标定摄像机的新方法，然而，这些方法都是基于不变的场景和不变的摄像机参数。但是在实际应用当中，这种场景和摄像机参数的绝对不变是不存在的，因为在现实应用中无论是所拍摄的场景还是摄像机都是在不断运动变化着的，所以，研究摄像机参数变化的自标定方法具有实际意义和很大的应用价值的。本文首先介绍了标定的相关基础知识，然后论文了基于单目和双目图像序列的内参数变化的相机自标定技术。本文从以下顺序阐述：第一，介绍了当前国内外的基本研究现状和研究背景，并阐述了摄像机自标定技术的研究意义，在此基础上进而又分析了自标定技术的研究价值和应用前景；第二，阐述了摄像机标定技术，重点是自标定技术的相关理论，为后续研究工作打下了基础；第三，论述了利用绝对二次曲线和极线变换性质来求解Kruppa方程的摄像机自标定方法，提出一种基于序列图像的内参数变化的摄像机自标定方法，采用基于Kruppa方程实现变内参数线性自标定，由两个上三角矩阵必定存在一个关系矩阵的的性质，将变化的焦距转换到关系矩阵中，从而利用绝对二次曲线的对极几何关系求得内参。实验结果表明，该方法是一种精度较高、鲁棒性较好的自标定方法。第四，在分层重构的思想基础上论述了基于双目摄像机的自标定方法，其思路是利用准仿射重构求取无穷远平面，从而求取无穷单应矩阵，再利用绝对二次曲面的约束性质求取内参数；该摄像机自标定方法研究不需要限制任何场景和摄像机运动信息，经实验对各项误差进行详细分析比较，结果表明，该方法是一种精度较高、鲁棒性较强且实用的双目摄像机自标定方法。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 研究背景与研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本文主要工作及组织结构  13-15
第2章 摄像机标定相关知识  15-25
  2.1 摄像机成像原理  15-19
    2.1.1 四个重要的坐标系  15-17
    2.1.2 摄像机模型  17-18
    2.1.3 摄像机内参数模型  18
    2.1.4 摄像机矩阵  18-19
  2.2 对极几何  19-20
  2.3 基本矩阵  20-22
    2.3.1 基本矩阵及性质  20-21
    2.3.2 基本矩阵的求解  21-22
  2.4 平面单应及无穷单应  22-23
    2.4.1 平面单应  22-23
    2.4.2 无穷单应  23
  2.5 图像畸变  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章 一种新的基于 Kruppa 方程的自标定方法  25-39
  3.1 绝对二次曲线与绝对对偶二次曲面  25-27
  3.2 Kruppa 方程  27-30
    3.2.1 Kruppa 方程几何解释  28
    3.2.2 Kruppa 方程的代数推导  28-29
    3.2.3 简化 Kruppa 方程  29-30
  3.3 一种改进的基于 Kruppa 方程的变内参自标定方法  30-35
    3.3.1 数据准备  30-31
    3.3.2 改进的自标定方法推导过程  31-35
    3.3.3 改进方法算法  35
  3.4 求取外参数  35-36
  3.5 实验结果  36-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章 一种新的双目自标定方法  39-47
  4.1 双目摄像机模型  39-40
  4.2 双目相机位姿关系  40-42
    4.2.1 传统相机位姿求取  40-41
    4.2.2 新的双目相机位姿求取方法  41-42
  4.3 新的基于分层重构的变内参双目自标定方法  42-44
    4.3.1 构造准仿射重构  42
    4.3.2 求解无穷远平面得到仿射重构  42
    4.3.3 由无穷单应求取摄像机内参  42-44
  4.4 新的双目自标定算法  44
  4.5 实验  44-46
    4.5.1 实验结果  44-45
    4.5.2 实验结果比较与分析  45-46
  4.6 本章小结  46-47
第5章 总结与展望  47-49
  5.1 全文总结  47-48
  5.2 未来研究展望  48-49
参考文献  49-53
发表论文和参加科研情况说明  53-54
致谢  54-55

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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