基于兩步法的數(shù)碼相機(jī)定位-文庫吧資料
2025-07-03 19:00本頁面
【正文】 1) imshow(I)。I=uint8(I)。)。G=edge(I,39。%讀入圖片I=double(I)。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于相機(jī)的標(biāo)定，不需要預(yù)先確定攝像機(jī)具體內(nèi)外參數(shù)及有關(guān)模型的先驗(yàn)知識，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對復(fù)雜非線性映射關(guān)系強(qiáng)大的逼近能力來對視覺系統(tǒng)中的攝像機(jī)進(jìn)行隱式標(biāo)定，算法標(biāo)定精度較高，可靠性好，實(shí)用性較強(qiáng)，是相機(jī)定位的一種趨勢。由于考慮了相機(jī)的徑向畸變和切向畸變即非線性畸變，計(jì)算程序略顯復(fù)雜，計(jì)算量稍大。由雙目視覺傳感器模型[8]可以得到以下方程： 由此可得 將，連同矩陣的值一起代入式，計(jì)算兩個空間點(diǎn)之間的距離，然后將式算出的含參數(shù)的測量值和實(shí)際距離值進(jìn)行比較，便可計(jì)算出值，從而求得矩陣。由式~可得： 將多于對消隱點(diǎn)的坐標(biāo)值代入式，并結(jié)合矩陣的正交約束條件，解此未知數(shù)線性方程組可得旋轉(zhuǎn)矩陣的初值，然后再利用迭代法可更精確地求取矩陣。設(shè)條空間平行直線在左像面透視投影為： 這組像面直線相交于一消隱點(diǎn)()，同樣可求得左像面內(nèi)的其它消隱點(diǎn)坐標(biāo)。根據(jù)左右相機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可知： 空間平行直線只要不與相機(jī)象面平行(即)，經(jīng)過透視變換后在象面上應(yīng)相交于一點(diǎn)，即“消隱點(diǎn)”?；谄叫芯€消隱點(diǎn)理論的“兩步法”首先利用多于組平行線方向矢量的左右象面消隱點(diǎn)坐標(biāo)，線性求解一個純旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方程組，得到矩陣；然后將矩陣代入式，再利用多于兩個空間點(diǎn)的匹配坐標(biāo)值及左右相機(jī)坐標(biāo)系之間的先驗(yàn)知識，可以線性求解矩陣[7]。 模型建立設(shè)右相機(jī)坐標(biāo)系到左相機(jī)坐標(biāo)系的變換關(guān)系為： 空間任一點(diǎn)在左右象面象點(diǎn)分別為轉(zhuǎn)換成各自相應(yīng)的相機(jī)坐標(biāo)分別為，；又已知兩相機(jī)透視中心分別為、這樣由這點(diǎn)便構(gòu)成一個平面，即外極平面。五、 確定兩部相機(jī)相對位置的數(shù)學(xué)模型和方法 模型假設(shè)（1）假設(shè)兩部相機(jī)內(nèi)部參數(shù)固定不變。是由代入式(4)先求得再由實(shí)際成像模型式(7)求出的。、為本文考慮的畸變系數(shù)，由于其一般很小，因此其初始值可置為。為獲取精確的數(shù)碼照相機(jī)模型參數(shù)，應(yīng)考慮所有世界坐標(biāo)點(diǎn)和對應(yīng)的圖像點(diǎn)，并建立以下優(yōu)化模型，以求精所有內(nèi)外參數(shù)： 約束等式是所有都應(yīng)滿足正交性的6個等式。由于其初值較準(zhǔn)確，因此梯度法能很快收斂。優(yōu)化目的是由初步求出的對其再求精之。在計(jì)算內(nèi)外參數(shù)過程中，雖可求出但，不一定正交，實(shí)際上這樣計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)矩陣通常不滿足正交性，以下將進(jìn)行初值的優(yōu)化計(jì)算。為此，本文主要考慮鏡頭徑向畸變和切向畸變。其中徑向畸變是關(guān)于數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的主光軸對稱的而切向畸變則關(guān)于數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的主光軸不對稱。%，%，%，達(dá)到了非量測相機(jī)的精度要求[6]。表4 兩種算法所得像坐標(biāo)結(jié)果對比（單位：像素）圓形標(biāo)號Canny算子中心定位法兩步法確定像坐標(biāo)法誤差(%)Ｕ坐標(biāo)Ｖ坐標(biāo)Ｕ坐標(biāo)Ｖ坐標(biāo)Ｕ坐標(biāo)Ｖ坐標(biāo)ABCDE注：物坐標(biāo)原點(diǎn)和像坐標(biāo)系原點(diǎn)都在圖片的幾何中心。為了避免以上誤差，在僅考慮徑向畸變和切向畸變的假設(shè)下，利用確定像坐圖6 Canny算子邊緣檢測靶標(biāo)圓心的像坐標(biāo)標(biāo)兩步法的模型求得靶標(biāo)上圓的圓心的像坐標(biāo)。（2）圖像中心點(diǎn)偏移失真。對上述算法得到的每個圓區(qū)域的亞像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合。它能排除低概率的錯標(biāo)非邊緣點(diǎn)和低概率不標(biāo)真實(shí)邊緣點(diǎn)，使檢測出來的邊緣點(diǎn)為盡可能地靠近真實(shí)邊緣中心的單值點(diǎn)。用此算法來檢定像坐標(biāo)的確定模型。 基于Canny算子的中心定位算法的模型檢驗(yàn)圓形標(biāo)志經(jīng)透鏡成像后畸變?yōu)闄E圓，為了達(dá)到對橢圓中心的高精度定位，首先精確提取標(biāo)志圖像的邊緣點(diǎn)，然后對提取的邊緣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算從而確定標(biāo)志中心的精確位置。第三步：反復(fù)代入式，通過多次迭代可以確定較為精確的像坐標(biāo)，結(jié)果見表2。其計(jì)算過程如下：第一步：按照光學(xué)透鏡原理（如圖5）及相似三角形性質(zhì)有，圖5 透鏡成像原理得到、。 模型應(yīng)用針對問題2，通過兩步法確定像坐標(biāo)的模型先由Matlab[5]讀入圖圖2（如圖4所示），數(shù)字化圖像。根據(jù)確定像坐標(biāo)的模型式可知，像坐標(biāo)和物坐標(biāo)關(guān)系本質(zhì)上是一個線性變換加上一個較小的非線性余項(xiàng)，完全滿足牛頓迭代法的收斂要求。其中對于數(shù)碼照相機(jī)的每一個位置，其外部參數(shù)就有6個；內(nèi)部參數(shù)有以及畸變系數(shù)。由文獻(xiàn)[3]，可建立如下總像差模型： 為徑向畸變系數(shù)，為切向畸變系數(shù)。為此，本文主要考慮鏡頭徑向畸變和切向畸變。由于全局坐標(biāo)系的軸在模板平面上，因此對于模板上的點(diǎn)，這樣式(1)可重寫為： 消去即得到以下理想透視數(shù)學(xué)模型： 實(shí)際成像模型理想的透鏡成像是針孔成像，其物與像滿足相似三角形關(guān)系，而實(shí)際的透鏡并不滿足這個條件(如圖3所示)。再根據(jù)針孔成像原理，由世界坐標(biāo)點(diǎn)到理想像素點(diǎn)的齊次變換如下： 其中，為內(nèi)參矩陣，為數(shù)碼照相機(jī)的外參矩陣，和分別為模板相對數(shù)碼照相機(jī)的旋轉(zhuǎn)分量和平移分量。模板平面上的理想成像點(diǎn)為，而實(shí)際透視畸變后的成像點(diǎn)為。為了避免在重新確定兩臺相機(jī)之間的相互位置關(guān)系時要重新對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，本文建立了僅利用空間點(diǎn)在兩臺相機(jī)像面上的坐標(biāo)即可獲得它們之間的相互關(guān)系的模型，給出了基于平行線消隱點(diǎn)理論算法。首先采用一種簡化的線性模型估算出像中心的近似位置，并利用該像中心點(diǎn)求取初值，由于該近似點(diǎn)畸變很小，故求取的初值能很好地逼近準(zhǔn)確值，然后采用一種基于牛頓迭代法得到較為精確的像坐標(biāo)。且該算法要求一個比較好的初值，若初值選擇不當(dāng)，則算法難以收斂或只能收斂到局部最小，從而大大降低標(biāo)定精度。三、 問題的分析通常，為了通過物坐
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