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1、西南民族大学学报·自然科学版第35卷第6期Nov.2009___________________________________________________________________JournalofSouthwestUniversityforNationalities⋅NaturalScienceEdition文章编号:1003-2843(2009)06-1183-06数码相机定位的优化设计张广生,马志霞,王齐峰,史腾飞,张煜(西南民族大学计算机科学与技术学院,四川成都610041)摘要:研究的是数码相机在交通管制中定位物体特征点的优化设计问题.将数码相机成像问题简化为针孔成
2、像问题后,研究了靶标图像与数码相机像平面上图像间的旋转和平移关系,为了使二维图像获取三维信息,建立起图像间的透视投影模型.利用该模型,通过确立标定点与相应的二维图像坐标,运用最小二乘法求解投影矩阵,实现对相机内、外部参数的标定.标定过程中,运用数字图像处理技术,对图像进行二值化处理,提高了数据的准确度和科学可信性,由此解得较为精确的内、外部参数,获得基于此模型的圆心在像平面的坐标表示,分别为A(321,189)、B(422,196)、C(639,212)、D(582,502)、E(284,501).使用BP神经网络方法对已建立的模型进行检测,通过对比BP神经网络与透视投影求得圆心值与实际
3、圆心值的均方根误差,论证了该模型有较高的精度和稳定性.并基于已有工作,建立了双目视觉定位模型,得到两部相机间的相对位置关系.在模型的进一步讨论中,研究了椭圆中心偏移问题,对像平面上椭圆的中心坐标进行了修定,得到实际的中心为：A(325,191)、B(427,201)、C(642,216)、D(584,504)、E(288,505).以及讨论了图形的畸变问题,确定了相应的关系.关键字：透视投影;图像二值化;BP神经网络;双目视觉系统中图分类号:O224文献标识码:A1基本假设(1)将数码相机的成像原理简化成小孔成像的原理进行解决.(2)忽略由于简化相机为针孔模型,图像产生的畸变.(3)两部
4、相机的型号、规格和内部参数完全相同.2模型分析问题一：在处理靶标上的像和相机像平面上像的关系时,可采用透视投影的方法结合图形几何转化建立模型,确定两像间的转换关系.现实世界中,物体具有三维特征,然而电子设备中呈现的都是二维的图像.因此,要实现数码相机定位就必须将物体三维特征与二维的数据间映射,引入两个坐标系.世界坐标系：为使被显示的三维物体数字化,要在实物所在的空间中定义世界坐标系.坐标系的长度单位和坐标轴方向适合描述物体,世界坐标系是不变的.屏幕坐标系：在图形显示器屏幕上定义二维直角坐标系,称为屏幕坐标系.问题二：可利用已建立的基础模型,进一步处理问题,此时有两点引起注意：(1)图1、
5、图2中A的形状近乎没有发生变化,忽略两者间的差别,近似认为两者相同,以方便求解.(2)数码相机所得图像为点位图,可对图像进行二值化处理获得“0、1”(黑、白)图,方便运用穷举扫描,获取标定点求解M矩阵,得到像平面圆心坐标.___________________________收稿日期：2009-06-11作者简介：张广生(1957-),男,西南民族大学计算机科学与技术学院副教授.___________________________________________________________________1184西南民族大学学报·自然科学版第35卷问题三：利用BP神经网络技术针对先
6、前建立的模型进行来检验.问题四：利用双目视觉相机标定法,分别建立相机坐标系与世界坐标系之间的关系,进而求出两部相机间的相对位置.3模型的建立及求解问题一：(1)建立坐标系以O点为照相机的透视中心,以X,Y,Z为轴建立坐标系,其中,cccX轴和Y轴与图像的u,v轴平行,Z为照相机的主光轴与像平面垂ccc直,光轴与像平面的交点为成像平面坐标系的原点,由点O与X,Y,Z轴组成的直角坐标系称为照相机坐标系.ccc(2)相机坐标系与世界坐标系之间的关系相机坐标系与世界坐标系属于外部参数,且满足⎛⎞⎛⎞XXcw⎜⎟⎜⎟YR=YT+,⎜⎟⎜⎟cw⎜⎟⎜⎟ZZ⎝⎠⎝⎠cwT其中Rr=(ij)为旋转变量,
7、Tttt=()xyz为平移变量.33×(3)相机坐标系与像平面坐标系之间的关系结合几何光学知识空间点在相机坐标系下的坐标P(,,)XYZ的齐次坐标的矩阵形式为ccc⎛f000⎞⎛Xc⎞⎛x⎞⎜⎟⎜⎟Zc⎜⎜⎟⎟=⎜0f00⎟⎜Yc⎟.(1)⎝y⎠⎜⎟⎜⎟⎝0010⎠⎝Zc⎠(4)靶标图像与像平面坐标系之间的关系相机采集的数字图像,以mn×数组的形式进行存储.在像平面坐标系中,由于相机内部参数的影响,建立如下坐标关系⎛⎞10Cux⎜⎟
