文档介绍：数码相机定位
摘要
本文通过对数码相机的靶标和像平面相互之间关系的分析,利用选取相关对应点和坐标转换的方法,确定靶标圆心在像平面的投影位置,进而完成了系统标定模型,解决了相机的单目定位问题。
对于问题1,为确定靶标上圆的圆心在一个相机像平面的像坐标,需要得到相机像平面中点与靶标上点的对应关系。通过将相机外部参数和内部参数联立可以建立模型1。
对于问题2,内部参数通过焦距可以得到,而外部参数的获得则需要事先确定一组特殊点。由于靶标上两条线的交点在像平面上的投影点即为这两条线在像平面上的投影图线的交点,因此我们首先对图像进行边缘提取和椭圆拟合,然后利用程序选择靶标上A、C两个圆的外公共切线的切点作为特殊点。将对应特殊点带入(1)式,就可以求得外部参数。最后利用几何关系得出靶标上圆心的坐标,带入得到它们在该相机像平面的坐标。结果为:(-,-,0)、(-,-,0)、(,-,0)、(-,,0)、(,,0)。见图3。
对于问题3,为了检验模型,本文通过计算机模拟数据,可以得到一个内外参数都已知的图像。进而可以确定这四个顶点在像平面的准确坐标。根据(1)式可以得到这四个顶点的计算坐标,把计算坐标与准确坐标的距离为对角线的矩形面积称为误差面积,误差率=误差面积/相纸面积。计算误差率分别为:%、%、%、%。从而可知用此模型精确度高,稳定性强。
对于问题4,类似于问题3,进行计算机模拟,得到空间两不同角度拍摄图像,进而得到在此数码相机坐标系下的特殊点坐标。由于在求像坐标时考虑到了数码相机的***效应,也就是内部参数,而两个数码相机的空间位置关系仅仅是外部参数的关系,因此可以求得仅考虑外部参数时两个像平面上的坐标,进而做差求出两个数码相机的相对位置坐标。结果为:(-,-)
关键词:单目定位、坐标转换、内外部参数、计算机模拟

1、问题重述
数码相机定位在交通监管(电子警察)等方面有广泛的应用。所谓数码相机定位是指用数码相机摄制物体的相片确定物体表面某些特征点的位置。
对于物体上的一个特征点,经常采用双目定位的方法,分别获得该点在两部相机像平面上的坐标,仅需知道两部相机的精确位置,即可用几何的方法确定特征点的位置。而用于确定两部相机的相对位置的过程(即系统标定)就显得尤为关键。
介于物平面或像平面上我们都无法直接得到没有几何尺寸的“点”。标定的一种较为实际的做法是:物平面上画若干个圆(称为靶标),它们的圆心可被认为是用于标定的点。要想使这些圆与数码相机真正联系起来以完成标定的目的,就需利用靶标的像,通过精确地确定靶标圆心像在整个像平面上的位置,来实现对相机的标定。
于是我们的分步目标就有以下几个:
(1)确定合适的数学模型和算法,通过分析靶标的实际位置和像平面的情况,以相机光学中心为原点,X—Y平面平行于像平面建立相应的坐标系,确定靶标上圆的圆心在此相机像平面的像坐标,以为相机的标定提供可能。
(2)题目中给出的图2,图3 中给出的靶标及其像,该相机的像距(即光学中心到像平面的距离)是1577个像素单位(),相机分辨率为1024×768,根据一目标中已经得出的有关数学模型和算法来实际确定靶标上圆的圆心在像平面上的像坐标。
(3)对于已经得到的模型,设计方法对其进行检验,讨论其精度和稳定发证。
(4)在前三目标解决的基础上,用此靶标通过合适的数学模型和方法,确定两部固定的相机的相对位置。
2、问题分析
本题研究的是数码相机双目定位问题,即用两部相机来确定物体的确切位置。这个问题的关键在于两点:1、确定物体上一个特征点分别在两部固定相机像平面上的坐标;2、精确地确定这两部固定相机的相对位置。前三个问题是解决第一个关键点,并做出检验;第四个问题是解决第二个关键点。
对于第一个关键点,由于像平面与靶标平面存在平移和旋转的关系,并且所给图像为离散的点组成,并不连续,所以可以通过坐标转换和图形处理中的边缘提取、椭圆拟合等方法来建立模型。在求取坐标转换系数过程中,重点和难点都在于要事先知道两组对应点的坐标。由于靶标上两条线的交点在像平面上的投影点即为这两条线在像平面上的投影图线的交点,那么只需在靶标图像上找到两条线的交点坐标,相应地找到像平面上这两条线的交点坐标,这两个交点一定是对应的。据此原理,我们选取的是两个圆的公共切点作为该特殊点。
在第三问中,我们通过计算机模拟,得到标记有特殊点的靶标图像和内、外参数都已知的图像。根据靶标图像可以确定特殊点在靶标平面的坐标,根据内参数和外参数可以确