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。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(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)對于計算機(jī)視覺的研究有重要的理論意義和實用價值。
　　但在計算機(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與其二維像點間的對應(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)是要通過實驗與計算來得到的。這個求解參數(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)系間的對應(yīng)關(guān)系。因此，只有對攝像機(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)前國內(nèi)外的一些研究現(xiàn)狀并對全文的內(nèi)容進(jìn)行概括。其次

3、對攝像機(jī)定標(biāo)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了詳細(xì)的講解。對攝像機(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)的另一研究對象：非線性畸變系數(shù)。攝像機(jī)定標(biāo)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展，出現(xiàn)了多種攝像機(jī)標(biāo)定方法。接著對攝像機(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)定方法對于定標(biāo)環(huán)境有較高的要求，需要一個精確的標(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)公式計算圖像中的特征點與其三維物點間的線性關(guān)系，從而得到攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)。
　　本文同時對于該算法的抗噪性也有一些研究，主要是針對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