单目视觉定位中的相机标定

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1、2012年6月地理空间信息Jun.,2012第10卷第3期GEOSPATIALINFORMATIONVol.10,No.3单目视觉定位中的相机标定唐新庄1，孙知明2，贾晓梁3，贺丹4（1.中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京100083；2.青岛鑫莱矿业投资有限公司，山东青岛266613；3.开滦唐山矿业分公司，河北唐山063000；4.西北大学城市与环境学院，陕西西安710127)摘要：单目视觉定位因其定位模型简单、标定步骤少等特点被广泛应用，根据灭点原理对单目视觉定位中的相机标定进行了研究和分析，并将RANSAC方法用于灭点计算来改善灭点的平稳性，提高了相机标定参数的精

2、度。关键词：灭点；相机标定；RANSAC；视觉定位中图分类号：P23文献标志码:B文章编号:1672-4623(2012)03-0100-05近年来，CCD数码相机由于价格低廉、使用方便、1灭点理论信息采集全面等特点，受到了普遍的关注，基于视觉[1]1.1共线方程传感器的定位方法也逐渐成为研究的热点。根据传感器数目的不同，视觉定位方法可分为单目视觉定位、共线方程是整个摄影测量的核心。双目视觉定位和多目视觉定位。其中，单目视觉定位最为简单易用，由于它仅利用1台摄像机完成定位工（1）作，因而不存在立体视觉中的2台摄像机间的最优距离和特征点的匹配问题，也不会像全方位视觉传感器[2]1.

3、2单像灭点相机标定原理那样产生很大的畸变。灭点是空间一组平行线的无穷远点在影像上的交影像上任一点的亮度反映了空间物体表面该点发点,可以认为该空间的无穷远点与对应的灭点是一对对射光的强度，而该点在影像上的位置则与空间物体表应点,它们满足共线方程，空间几何模型如图1所示。面相应点的几何位置相关。这些位置的相互关系，由相机成像的几何模型决定，该几何模型的参数称为相机内参数，这些内参数需要根据实验和计算确定，实[3]验与计算的过程称为相机标定。因此相机标定是计算机视觉领域中从二维影像获取三维欧氏空间信息的关键一步。本文正是针对这一问题进行研究和探讨。相机标定的主要方式有：传统标定方法、自

4、标定方法和基于灭点的标定方法。传统标定方法的典型代表有单片(多片)空间后方交会法、DTL方法、Tsai方[4]法、Weng迭代法和简易标定方法。传统标定方法可以获得较高的精度，但实际情况下很难使用标定物，如图1灭点空间几何模型空间机器人或在危险、恶劣环境下作业的机器人；自假设X∞，Y∞，Z∞为1幅三透视点影像中3个正标定方法克服了这一缺点，它不需要标定物，仅依靠交方向的灭点，S为摄影中心，o为相机主距点，f为多视图对应点之间的关系直接进行标定，该方法灵活、焦距，，，分别为3方便，适用广泛，但它的稳健性较差。因为城市建筑个外方位角元素。物在视觉上存在大量的直线，能够准确地求出灭点，

5、因由于灭点和摄影中心的连线与形成该灭点的空间此本文从灭点的理论出发，对相机标定的过程做了详平行线平行，3个正交方向X、Y、Z的直线所形成的灭细的研究。点一定落在相应的坐标轴上，因此为直收稿日期：2011-12-12项目来源：地球科学部面上项目（41171358）。第10卷第3期唐新庄等：单目视觉定位中的相机标定101角锥，So垂直于，则相机主点o为有很大的波动，如果将这个范围内的直线都包括进来，的重心。那么错线被选择的几率将会很大。（2）②利用高斯圆球检测灭点初值。FrankA.等人提出了根据高斯圆球检测灭点的方法。一组物方平行线（3）在高斯圆球上的投影是一个原点为投影中心的大圆

6、，该（4）大圆的交点就是这组平行线在物方空间对应的无穷远（具体推导过程见文献[4]）（5）点在高斯圆球上的投影，根据这一原理，采用Hough2直线的提取及分组变换就能在高斯圆球上检测出所有方向的灭点，进而实现直线的自动分组。但是该方法中确定灭点的位置从上述灭点理论可知，要想求得灭点和方位元素，是根据检测高斯圆球上大圆交汇的峰值，所以很有可直线的分组是一个非常重要过程。影像直线提取，具能会检测出一组非相互平行的直线的交点，即伪灭点，体方法是采用吴军博士论文里的基于边缘点集统计特且对于在高斯圆球上划分的单元格，越靠近圆球赤道[5]性的直线提取整体策略：通过基于LOG算子的卷积投影变形

7、越大，从而使得一些灭点无法被检测出来。计算、基于等高线自动生成过程的边缘跟踪、边缘等③综合考虑直线的角度直方图和解析面法向量的值线的分裂、基于最小二乘模板匹配的直线评价和纠直线分组方法。该方法是对角度直方图划分方法的改正等一系列的步骤，将边缘所兼具的局部灰度突变特进：首先根据角度直方图的方法，计算出X方向灭点性与整体空间连续闭合特性结合起来，将对单个边缘的初值；对于物方平行于Y轴的直线分组，前面已经点的阈值化处理转化为对直线段边缘点集合统计量的提到，在角很大的情况下，物方平行于Y