TIQUE. Report N。2724, 1995. 11，20 頁·
[0342] [2] Y. M. Harry Ng, C. P. Kwong. Correcting the Chromatic Aberration in Barrel Distortion of Endoscopic Images. Department of Automation and Computer Aided Engineering，Chinese University of Hong Kong. 6 頁
[0343] [3]Shawn Becker. Semiautomatic Camera Lens Calibration from Partially Known Structure. MIT:Massachusetts Institute of Technology.
[0344] http://alumni, media, mit. edu/ ~sbeck/results/Distortion/distortion, html ?1994, 1995
[0345] [4]Konstantinos G. Derpanis. The Harris Corner Detector. 2004. 10, 2 頁·
[0346] [5]L. H. Hartley, P. Sturm. Triangulation. Proc. of the ARPA Image Understanding Workshop 1994, Monterey, CA 1994,pp.957-966.
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對成像設(shè)備進(jìn)行建模W用于校準(zhǔn)和圖像校正的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，所述方法包 括： 定義原點(diǎn)位于所述成像設(shè)備的焦點(diǎn)處的第一3D正交坐標(biāo)系，第一坐標(biāo)系的第一軸沿 所述成像設(shè)備的視線方向延伸； 定義原點(diǎn)位于與所述焦點(diǎn)相距單位距離處的第二3D正交坐標(biāo)系，第二坐標(biāo)系的第一 軸沿所述視線方向延伸，所述第二坐標(biāo)系的第二軸和第=軸分別大致平行于所述第一坐標(biāo) 系的第二軸和第=軸，從而所述第二坐標(biāo)系的第二軸和第=軸定義與所述視線垂直的真實(shí) 比例平面； 定義原點(diǎn)位于與所述焦點(diǎn)相距焦距處的第=3D正交坐標(biāo)系，第=坐標(biāo)系的第一軸沿 所述視線方向延伸，所述第=坐標(biāo)系的第二軸和第=軸相對于所述第一坐標(biāo)系的第二軸和 第=軸的方位分別傾斜第一角度和第二角度，從而所述第=坐標(biāo)系的第二軸和第=軸定義 相對于所述視線垂直度偏離的像平面； 接收與由所述成像設(shè)備捕捉的真實(shí)世界3D物體的點(diǎn)相關(guān)的一組3D坐標(biāo)； 計(jì)算所述點(diǎn)在所述真實(shí)比例平面上的投影，從而獲得第一組平面坐標(biāo)，并且計(jì)算所述 點(diǎn)在所述像平面上的投影，從而獲得第二組平面坐標(biāo)；W及 輸出所述第二組平面坐標(biāo)，所述第二組平面坐標(biāo)指示與所述3D物體的所述點(diǎn)對應(yīng)的 像點(diǎn)的位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二坐標(biāo)系被定義為使得所述真實(shí)比例平 面建立至所述成像設(shè)備的透鏡系統(tǒng)的入口且在所述真實(shí)比例平面上的投影表示所述成像 設(shè)備的外部模型的輸出，并且所述第=坐標(biāo)系被定義為使得所述像平面建立至所述透鏡系 統(tǒng)的輸出且在所述像平面上的投影表示所述成像設(shè)備的內(nèi)部模型的輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所接收的一組=維坐標(biāo)是[XyZ1]T，并且所述 3D物體的點(diǎn)在所述真實(shí)比例平面上的投影計(jì)算為：其中，>是比例等價(jià)運(yùn)算符，并且Pi定義相對于所述第一坐標(biāo)系在所述真實(shí)比例平面 上的投影操作。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述3D物體的點(diǎn)在所述像平面上的投影計(jì)算 為：其中，Pf定義在所述像平面上的投影操作，f是所述焦距，a是所述第一角度，e是所 述第二角度，R(X，a)是相對于所述像平面的X軸的a旋轉(zhuǎn)矩陣，所述X軸被定義為在執(zhí) 行a旋轉(zhuǎn)之前大致平行于所述第一坐標(biāo)系的第二軸，R(y，0)是相對于所述像平面的y軸 的0旋轉(zhuǎn)矩陣，所述y軸被定義為在執(zhí)行0旋轉(zhuǎn)之前大致平行于所述第一坐標(biāo)系的第= 軸，所述a旋轉(zhuǎn)從最右邊計(jì)算W便所述0旋轉(zhuǎn)是相對于被旋轉(zhuǎn)角度a的所述X軸來進(jìn)行 的，并且其中5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括將所述真實(shí)比例平面和所述像平面之間的單應(yīng) 性H確定為：其中，h3i和h32是將視角校正應(yīng)用到所述像平面中的X和y比 例的非零元素，且所述第二組平面坐標(biāo)（x"，y")是所述真實(shí)比例平面上的點(diǎn)的圖像的崎變 位置（X'，y')的單應(yīng)變換，所述單應(yīng)變換表示為： [X" y" [U V W] T=帕' y' U T， ^中，U = f (^COS g X，+sin g si打a y，+sin g COS a)， V = f (cos a y，-sin a )， W = -sin 0 X' +cos 0 sin a y' +cos 0 cos a， X"二u/w+Cx，并且 y"二v/w+Cy，其中，（Cx，Cy)是所述第S坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述單應(yīng)性H被確定為：其中，對于小角度a和P，使用近似COS目~1和sin目~白。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括補(bǔ)償在所述真實(shí)比例平面處的所述成像設(shè)備的 透鏡的崎變，所述補(bǔ)償包括應(yīng)用由下式定義的透鏡崎變模型： r，=r+ki；r3+k2：r日+…， 其中，所述第一組平面坐標(biāo)包括W徑向坐標(biāo)（r，0)所表示的所述真實(shí)比例平面上的 所述點(diǎn)的圖像的未崎變位置（X，y)，其中，r2=X2+y2且tan0 =y/x，（X'，y')表示在所述 像平面上的點(diǎn)的投影之前在所述透鏡的輸出處的崎變位置（X，y)，r'是基于（X'，y')計(jì)算 的崎變徑向距離，并且ki和k2是所述透鏡的幾何崎變參數(shù)。8. -種對成像設(shè)備進(jìn)行建模W用于校準(zhǔn)和圖像校正的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 存儲器； 處理器；W及 至少一個應(yīng)用程序，存儲在所述存儲器中且可由所述處理器執(zhí)行W用于 定義原點(diǎn)位于所述成像設(shè)備的焦點(diǎn)處的第一 3D正交坐標(biāo)系，第一坐標(biāo)系的第一軸沿 所述成像設(shè)備的視線方向延伸； 定義原點(diǎn)位于與所述焦點(diǎn)相距單位距離處的第二3D正交坐標(biāo)系，第二坐標(biāo)系的第一 軸沿視線方向延伸，所述第二坐標(biāo)系的第二軸和第=軸分別大致平行于所述第一坐標(biāo)系的 第二軸和第=軸，從而所述第二坐標(biāo)系的第二軸和第=軸定義與所述視線垂直的真實(shí)比例 平面； 定義原點(diǎn)位于與所述焦點(diǎn)相距焦距處的第=3D正交坐標(biāo)系，第=坐標(biāo)系的第一軸沿 視線方向延伸，所述第=坐標(biāo)系的第二軸和第=軸分別相對于所述第一坐標(biāo)系的第二軸和 第=軸的方位傾斜第一角度和第二角度，從而所述第=坐標(biāo)系的第二軸和第=軸定義相對 于所述視線垂直度偏離的像平面； 接收與由所述成像設(shè)備捕捉的真實(shí)世界3D物體的點(diǎn)相關(guān)的一組3D坐標(biāo)； 計(jì)算點(diǎn)在所述真實(shí)比例平面上的投影，由此獲得第一組平面坐標(biāo)，W及計(jì)算點(diǎn)在所述 像平面上的投影，由此獲得第二組平面坐標(biāo)；W及 輸出所述第二組平面坐標(biāo)，所述第二組平面坐標(biāo)指示與所述3D物體的點(diǎn)對應(yīng)的像點(diǎn) 的位置。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應(yīng)用程序可由所述處理器執(zhí)行W 用來定義所述第二坐標(biāo)系，W便所述真實(shí)比例平面建立至所述成像設(shè)備的透鏡系統(tǒng)的入口 且在所述真實(shí)比例平面上的投影表示所述成像設(shè)備的外部模型的輸出，并且定義所述第= 坐標(biāo)系W便所述像平面建立至所述透鏡系統(tǒng)的輸出且在所述像平面上的投影表示所述成 像設(shè)備的內(nèi)部模型的輸出。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應(yīng)用程序可由所述處理器執(zhí)行W 用來接收所述一組3D坐標(biāo)作為[XyZ1]T，并且將所述3D物體的點(diǎn)在所述真實(shí)比例平面 上的投影計(jì)算為：其中，> 是比例等價(jià)運(yùn)算符，Pl定義相對于所述第一坐標(biāo)系在所述真實(shí)比例平面上的 投影操作。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應(yīng)用程序可由所述處理器執(zhí)行 W用來將所述3D物體的點(diǎn)在所述像平面上的投影計(jì)算為：其中，Pf定義在所述像平面上的投影操作，f是焦距，a是所述第一角度，0是所述第 二角度，R(x，a)是相對于所述像平面的X軸的a旋轉(zhuǎn)矩陣，所述X軸被定義為在執(zhí)行a 旋轉(zhuǎn)之前大致平行于所述第一坐標(biāo)系的第二軸，R(y，P)是相對于所述像平面的y軸的0 旋轉(zhuǎn)矩陣，所述y軸被定義為在執(zhí)行P旋轉(zhuǎn)之前大致平行于所述第一坐標(biāo)系的第=軸，a 旋轉(zhuǎn)從最右邊計(jì)算W便P旋轉(zhuǎn)是相對于被旋轉(zhuǎn)角度a的所述X軸來進(jìn)行的，并且其中12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應(yīng)用程序可由所述處理器執(zhí)行 W用來將所述真實(shí)比例平面和所述像平面之間的單應(yīng)性H確定為：其中，h3i和h32是將視角校正應(yīng)用到所述像平面中的X和y比 例的非零元素，且所述第二組平面坐標(biāo)（x"，y")是所述真實(shí)比例平面上的點(diǎn)的圖像的崎變 位置（X'，y')的單應(yīng)變換，所述單應(yīng)變換表示為： [X" y" [U V W] T=帕' y' U T， 其中，U=f(cos0X，+sin0sin口y，+sin0COS口）， V=f(cos a y，-sin a)， W=-sin0X'+cos0sin曰y'+cos0cos曰， X" =u/w+Cx，并且 y" =v/w+CY，其中（Cx，Cy)是所述第立坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應(yīng)用程序可由所述處理器執(zhí)行 W用來將所述單應(yīng)性H確定為：其中，對于小角度a和P，使用近似COS目~1和sin目~白。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個應(yīng)用程序可由所述處理器執(zhí)行W 用來補(bǔ)償在所述真實(shí)比例平面處的所述成像設(shè)備的透鏡的崎變，所述補(bǔ)償包括應(yīng)用由下式 定義的透鏡崎變模型： r，=r+ki；r3+k2：r日+…， 其中，所述第一組平面坐標(biāo)包括W徑向坐標(biāo)（r，0)所表示的所述真實(shí)比例平面上的 點(diǎn)的圖像的未崎變位置（X，y)，其中，r2=X2+y2且tan0 =y/x，（X'，y')表示在所述像平 面上的點(diǎn)的投影之前在透鏡的輸出處的崎變位置（X，y)，r'是基于（X'，y')計(jì)算的崎變徑 向距離，并且ki和k2是透鏡的幾何崎變參數(shù)。15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述成像設(shè)備包括變焦鏡頭相機(jī)、近紅外成像 設(shè)備、短波長紅外成像設(shè)備、長波長紅外成像設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、光探測和測距設(shè)備、拋物面反 射鏡望遠(yuǎn)鏡成像儀、外科內(nèi)窺鏡相機(jī)、計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備、衛(wèi)星成像設(shè)備、聲納設(shè)備，W及 多光譜傳感器融合系統(tǒng)。16. -種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有存儲在其上的程序代碼，所述程序代碼可由處理器執(zhí)行 W對成像設(shè)備進(jìn)行建模W用于校準(zhǔn)和圖像校正，可執(zhí)行的所述程序代碼用于： 定義原點(diǎn)位于所述成像設(shè)備的焦點(diǎn)處的第一 3D正交坐標(biāo)系，第一坐標(biāo)系的第一軸沿 所述成像設(shè)備的視線方向延伸； 定義原點(diǎn)位于與所述焦點(diǎn)相距單位距離處的第二3D正交坐標(biāo)系，第二坐標(biāo)系的第一 軸沿視線方向延伸，所述第二坐標(biāo)系的第二軸和第=軸分別大致平行于所述第一坐標(biāo)系的 第二軸和第=軸，從而所述第二坐標(biāo)系的第二軸和第=軸定義與視線垂直的真實(shí)比例平 面； 定義原點(diǎn)位于與所述焦點(diǎn)相距焦距處的第=3D正交坐標(biāo)系，第=坐標(biāo)系的第一軸沿 視線方向延伸，所述第=坐標(biāo)系的第二軸和第=軸分別相對于所述第一坐標(biāo)系的第二軸和 第=軸的方位傾斜第一角度和第二角度，由此所述第=坐標(biāo)系的第二軸和第=軸定義相對 于所述視線垂直度偏離的像平面； 接收與由所述成像設(shè)備捕捉的真實(shí)世界3D物體的點(diǎn)相關(guān)的一組3D坐標(biāo)； 計(jì)算所述點(diǎn)在所述真實(shí)比例平面上的投影，由此獲得第一組平面坐標(biāo)，并且計(jì)算所述 點(diǎn)在所述像平面上的投影，由此獲得第二組平面坐標(biāo)；W及 輸出所述第二組平面坐標(biāo)，所述第二組平面坐標(biāo)指示與所述3D物體的點(diǎn)對應(yīng)的像點(diǎn) 的位置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及相機(jī)建模和校準(zhǔn)系統(tǒng)以及方法，其采用一組新變量以補(bǔ)償與相機(jī)平面垂直的視線軸中的缺陷，并且所述系統(tǒng)和方法增加在測量由幾何和色透鏡畸變引起的圖像彎曲而引入的畸變時(shí)的精度，并且其中，相機(jī)像平面從全三維視角投影表示。
【IPC分類】H04N17/00
【公開號】CN105379264
【申請?zhí)枴緾N201480038248
【發(fā)明人】蓋伊·馬丁
【申請人】蓋伊·馬丁
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2014年7月2日
【公告號】CA2819956A1, EP3017599A1, US20160140713, WO2015000056A1