基于两灭点法的摄像机标定方法研究_胡桂廷

（19）中华人民共和国国家知识产权局
（12）发明专利申请
（10）申请公布号
CN104050669A
（43）申请公布日 2014.09.17（21）申请号CN201410273538.X
（22）申请日2014.06.18
（71）申请人北京博思廷科技有限公司
地址100193 北京市海淀区中关村软件园3号楼1326室
（72）发明人游亚平;王巍
（74）专利代理机构北京庆峰财智知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人刘元霞
（51）Int.CI
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
一种基于灭点和单目相机成像原理的在线标定方法
（57）摘要
本发明提供了一种基于灭点和单目相机成
像原理在线标定方法，利用了灭点的性质、以及
摄像机透视原理，此标定方法既不需要控制场而
同时精度在可接受范围内的标定方法，这种标定
算法操作简易灵活，在某些条件下还可以测量三
维立体距离。

这种标定算法最重要的优势和特性
还在于可进行在线标定，不需要派遣人员到现场
进行标定。

法律状态
法律状态公告日法律状态信息法律状态2014-09-17公开公开
2014-09-17公开公开
2014-10-22实质审查的生效实质审查的生效
2014-10-22实质审查的生效实质审查的生效
2017-12-19发明专利申请公布后的驳回发明专利申请公布后的驳回
权利要求说明书
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说明书
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基于二消失点的相机自标定方法韩第期信号处理、 年月秀丽毋立芳郭江杨鹏北京工业大学电子信息与控制学院摘要相机标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息必不可少的步骤传统的标定方法利用个正交方向的消失点来进行标定实际场景中不容易同时得到三个正交的消失点。

本文在多幅图像中利用消失点不变性约束对两个相互正交方向的消失点来对相机进行自标定实验结果验证了本文算法的有效性。

关键词相机自标定消失点绝对二次曲线二姐咖 Ⅱ粕 仃仃血锄 仁【枷∞锄佗 研山 、阳印盯锄∞锄铆硎姗 伍 眦州毛锄∞ 刖舌相机标定即借助于像平面上一些点在世界坐标系中的坐标确定照相机的内、外参数得到有效的成像模型以达到在像平面上像素点与三维空间中的点之间建立映射的目的。

相机标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息必不可少的步骤被广泛用于三? 亟ā⒌己健⑹泳跫嗫氐攘煊颉Ｏ钟械南嗷 甓ǚ椒ù筇蹇梢苑治 车南嗷 甓ǚ椒ê拖嗷 员甓ǚ椒ā４ 车纳阆窕 甓ǚ椒ㄐ枰 甓ú握瘴铩啊Ｗ员甓ǚ椒ㄊ侵附隼 蒙阆窕 谠硕 讨械闹芪Щ肪臣巴枷裰 涞亩杂 叵道辞笕∩阆窕 诓问 姆椒ā４颖局噬纤底员甓ǚ椒ǘ贾皇抢 昧松阆窕 诓问 陨泶嬖诘脑际 庑┰际 氤【昂蜕阆窕 脑硕 薰亍Ｗ阅戟螳Λí 鳙 酮螳┆ 鳙Κ螳 状翁岢錾阆窕 员甓ㄋ枷胍岳凑庵址椒ㄒ丫 晌 扑慊 泳趿煊虻难芯咳鹊阒弧消失点是射影几何中一个非常重要的特征。

从年代起国内外许多学者开始对基柚 首先提出应用消失点进于消失点的标定方进行大量的研究。

行相机标定。

传统的基于消失点的自标定算法一般都要找到个相互正交方向的消失点从而要求场景中要存在三组相互正交的平行线。

这种约束条件在实际中有时候不能被满足导致其实用性不强。

荷兰 大学的 教授多年来专门从事基于灭点标定理论进行建筑摄影测量学方面的研究。

他主要应用三点透视的影像分两步对相机的内方位元素进行标定用线摄影测量理论解决基于人工规则建筑物的重建问题。

基于多像灭点进行相机标定的方法研究
相机标定的目的是通过确定相机的内部和外部参数来建立相机与世界坐标之间的几何关系，从而实现对图像的几何校正和测量。

多像素灭点法是一种常见的相机标定方法，它可以通过检测图像中不同平面上的多个像素灭点来估计相机的参数。

多像素灭点法的基本原理是，通过在图像中找到多个相交的直线的交点，来推断相机的内部和外部参数。

这些直线可以是平面上的直线，也可以是空间中的直线。

具体的步骤如下：
1. 选择一组已知的平面上的直线，或者通过3D空间中的直线
与相机投影成2D图像上的直线。

2. 在图像中检测这些直线，并找出它们的像素坐标。

3. 使用线性回归或最小二乘法来拟合这些像素坐标，从而得到一个或多个像素灭点。

4. 根据像素灭点的几何关系，估计相机的内部参数，如焦距和主点。

5. 使用像素灭点以及已知的平面上的点来估计相机的外部参数，如相机的位置和姿态。

6. 通过重复以上步骤，可以得到更准确的相机内外参数估计。

多像素灭点法的优点是可以使用不同平面上的多个直线来提高
标定的精度，适用于不同场景和相机。

然而，它也有一些局限性，比如需要手动选择已知平面上的直线，或者需要已知3D 空间中的直线。

另外，对于复杂的场景和图像，多像素灭点法可能无法准确估计相机参数。

总之，基于多像素灭点的相机标定方法是一种常见且有效的相机标定方法，可以通过检测图像中不同平面上的多个像素灭点来估计相机的内外参数。

根据不同的应用场景和需求，可以选择适合的多像素灭点算法，并通过精确的数据采集和计算，获得准确的相机标定结果。

一种新的基于并联机构的摄像机线性标定方法
张世辉;郭翠翠;孔令富
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2009(020)014
【摘要】提出一种新的基于并联机构的摄像机线性标定方法.首先推导出考虑一阶径向畸变针孔摄像机模型的完整表达式;然后巧妙利用六自由度并联机器人机构动平台作为二维平面模板的载体,构造虚拟三维靶标;最后,在确定一阶径向畸变系数和主点坐标的基础上,利用推导出的一阶径向畸变针孔模型表达式并结合虚拟三维靶标信息一次性线性求解摄像机其他内外参数.该方法可保证摄像机在固定之后进行现场标定,使摄像机的标定状态和工作状态完全一致,便于视觉并联机器人相关问题的研究.仿真和真实实验结果表明,该方法简单快捷,不仅避免了三维靶标的制作问题,而且避免了非线性优化的不稳定性,能满足实际需要.
【总页数】5页(P1651-1655)
【作者】张世辉;郭翠翠;孔令富
【作者单位】燕山大学,秦皇岛,066004;燕山大学,秦皇岛,066004;燕山大学,秦皇岛,066004
【正文语种】中文
【中图分类】TH112;TP242
【相关文献】
1.一种新的摄像机线性标定方法 [J], 张艳珍;欧宗瑛
2.一种新的线性摄像机自标定方法 [J], 李华;吴福朝;胡占义
3.一种新的基于Kruppa方程的摄像机线性自标定方法 [J], 王维盛
4.一种逐步求解的新的摄像机线性标定方法 [J], 吴海华;王从军;朱大林
5.一种新的摄像机线性标定方法 [J], 姚阳;张磊;徐冰辉;姚兴田
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摄像机标定方法综述
李鹏;王军宁
【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】首先介绍了摄像机标定的基本原理以及对摄像机标定方法的分类.通过对最优化标定法、双平面标定法、两步法等传统摄像机方法的具体分析,给出了各种方法的优劣对比;同时对多种自标定方法的研究现状、发展情况以及存在问题进行了探讨.最后给出了发展传统摄像机标定方向、提高摄像机自标定精度的一些参考建议.
【总页数】3页(P77-79)
【作者】李鹏;王军宁
【作者单位】西安电子科技大学,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,陕西,西安,710071
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.41
【相关文献】
1.摄像机标定的研究进展综述 [J], 张振普;张同舟;王小雪;赵海媚;刘鑫鑫;
2.摄像机标定的原理与方法综述 [J], 冯亮;谢劲松;李根;霍庆立
3.全景摄像机标定方法综述 [J], 严春燕
4.摄像机标定的研究进展综述 [J], 张振普;张同舟;王小雪;赵海媚;刘鑫鑫
5.全景摄像机标定方法综述 [J], 张静;柴兴华;李小英;裴春琴
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一种基于三消隐点的摄像机自标定算法
段成钢;李秀智
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2007(027)004
【摘要】提出了一种对摄像机进行自标定的方法.该方法是利用自然场景中三组两两正交的平行线所获得的消隐点之间具备的约束条件来实现标定的,并能够对获取的消隐点进行优化校正.利用该方法开展了实验研究,并与采用传统标定方法得到的结果进行了比较,结果表明本文所提出的算法具有较好的应用前景.
【总页数】3页(P20-21,25)
【作者】段成钢;李秀智
【作者单位】北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73
【相关文献】
1.一种三维有限元网格的快速消隐算法 [J], 杨小辉;方宗德;杨青
2.基于三维消隐算法的装配视图消隐方法研究 [J], 薛文彦;李言;杨征瑞
3.三维形体消隐和相贯线的一种新算法 [J], 朱仁芝;太美花
4.一种改进的基于九圆点的摄像机自标定算法 [J], 陈洵凛;殷素峰;黎小巨;张锦荣
5.由表面模型表达的三维形体的一种消隐算法 [J], 朱仁芝;刘磊;江涌;陶涛;卢继军
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第41卷第5期四川大学学报(工程科学版)Vol.41No.5 2009年9月JOURNAL OF SI CHUAN UN I V ERSI TY(ENGI N EER I N G SC I ENCE ED I TI O N)Sep t.2009 文章编号:100923087(2009)0520193204一种基于多灭点标定数码相机内外参数的方法王德麾,樊庆文3,袁中凡(四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065)摘　要:提高相机定标精度,简化定标过程,是计算机视觉研究的重要内容。

利用包含至少4组平行线和两个定标点的模板,对模板一次拍照即可标定相机内外参数。

先利用Hough变换,检测出模板图像中的各直线,确定对应的灭点;再把灭点坐标及已知的各组平行线的方向向量代入隐参数矩阵计算方程,得到相机的隐参数矩阵;最后对隐参数矩阵进行分解,依次得到相机的内部参数矩阵和旋转矩阵,然后利用模板中两个已知空间坐标的定标点计算相机的位移矩阵。

该方法的求解过程仅涉及到线性方程组的求解,定标精度高、稳定性好,与基于主灭点的定标法相比,不需要相机做任何运动,定标过程简单,具有一定的理论意义和实用价值。

关键词:相机定标;灭点;Hough变换;直线检测中图分类号:X703文献标识码:ACa li bra ti on of Cam era’s A ll Param eters w ith Van ish i n g Po i n tsWAN G D e2hui,FAN Q ing2w en,YUAN Zhong2fan(School of Manufacturing Sci.and Eng.,Sichuan Univ.,Chengdu610065,China)Abstract:The most i m portant m issi on in the field of the computer visi on is how t o i m p r ove the p recisi on of the ca m2 era’s scaling and si m p lify the scaling p r ocess.For this pur pose,a ne w method t o calibrate the ca mera’s all interi or and exteri or para meters using at least4directi ons vanishing points and2calibratinon points is br ought f or ward.It only needs one i m age of the te mp late.Then the Hough transfor m is used t o detect lines in the i m age and the vanis2 hing points in each directi ons are l ocated.The ca mera2calibrating equati ons and the positi ons of the vanishing points are app lied t o res olve the ca mera’s i m p licit para meters matrix.Finally,the matrix are divded int o the ca mera’s in2 teri or and exteri or para meters according t o the matrix’s characteristic and accomp lish the calibrati pared with other calibrating ways,this method is more facility and p recise.Key words:ca mera calibrati on;vanishing point;hough transfor m;line detecti on 通过二维序列图像恢复三维景物的欧氏(Eu2 clidean)信息,标定线性相机的内部参数矩阵,旋转矩阵和平移向量,是计算机视觉的主要研究问题之一[1]。

一种基于多灭点标定数码相机内外参数的方法
王德麾;樊庆文;袁中凡
【期刊名称】《四川大学学报（工程科学版）》
【年(卷),期】2009(041)005
【摘要】提高相机定标精度,简化定标过程,是计算机视觉研究的重要内容.利用包含至少4组平行线和两个定标点的模板,对模板一次拍照即可标定相机内外参数.先利用Hough变换,检测出模板图像中的各直线,确定对应的灭点;再把灭点坐标及已知的各组平行线的方向向量代入隐参数矩阵计算方程,得到相机的隐参数矩阵;最后对隐参数矩阵进行分解,依次得到相机的内部参数矩阵和旋转矩阵,然后利用模板中两个已知空间坐标的定标点计算相机的位移矩阵.该方法的求解过程仅涉及到线性方程组的求解,定标精度高、稳定性好,与基于主灭点的定标法相比,不需要相机做任何运动,定标过程简单,具有一定的理论意义和实用价值.
【总页数】5页(P193-196,248)
【作者】王德麾;樊庆文;袁中凡
【作者单位】四川大学制造科学与工程学院,四川成都,610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都,610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都,610065【正文语种】中文
【中图分类】X703
【相关文献】
1.数码相机外部参数直角三点标定方法的研究 [J], 姜大志;孙俊兰
2.基于灭点理论的普通数码相机标定方法 [J], 荣瑞霞;欧龙;张丽娜;贺春梅
3.一种新的基于灭点的相机标定方法 [J], 谢文寒;张祖勋;张剑清
4.基于图像灭点的NAO机器人摄像头参数分析与标定 [J], 孔维维;隋涛
5.基于虚拟标定场的数码相机内参数标定方法 [J], 吴少平;张爱武;臧克
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一种有效的基于消失点的摄像机自标定方法蒋中强;胡栋【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2014(24)9【摘要】An effective camera self-calibration method based on the vanishing points is proposed in this paper. In order to calculate the ef-fective vanishing points with less images,firstly,several images are taken in different locations with proper angles,two classes of orthogo-nal line segments,where in the line segments are parallel with each other in the 3D space,are detected based on the methods of J-linkage and LMedS fromthe images. Secondly,the vanishing points are obtained with MLE,and four pairs of orthogonal vanishing points are se-lected to calibrate the camera's intrinsic parameters. Finally,in order to reduce the influence of the errors of the vanishing points,the method of condition adjustment with parameters is introduced to improve the accuracy of the camera's intrinsic parameters. The experi-ments are conducted under real conditions,the results show good precision and stability of the calculated intrinsic parameters using six im-ages,that proves the effectiveness of the proposed calibration method.%文中提出了一种有效的基于消失点的摄像机自标定方法。

收稿日期:2004-06-04 收修改稿日期:2004-07-06一种基于二消失点的摄像机自标定新算法胡钊政　谈　正(西安交通大学电子与信息工程学院,西安710049) 摘　要　提出了一种仅利用两个相互正交方向的消失点进行摄像机自标定算法,该算法只需场景中能找到两组正交方向的平行线就能完成标定工作。

与传统的利用三正交方向消失点标定算法相比,该算法对场景的约束性大大减弱,整个求解过程完全线性化,并且算法能够标定包括畸变因子在内的全部内参数。

最后分别用合成数据和真实的图像数据对本文算法进行验证,实验结果表明本文算法具有比较好的实用性和较高的精度。

主题词　摄像机自标定　消失点　射影几何　直线夹角1　引　言 由多幅图像重建三维场景或者对物体运动进行分析是计算机视觉中两大基本任务,而对摄像机进行自标定是其中关键的步骤。

摄像机标定过程就是确定摄像机内参数的过程。

自标定的思想是不需要标定物而直接利用二维图像信息来得到摄像机的内参数。

目前出现的标定算法中主要是利用场景约束或者利用摄像机运动约束。

如Hartley [1]提出的利用纯旋转运动的线性标定算法和Ma.S.D [3]提出的利用两组运动,每组运动由三组相互正交的纯平移运动构成的标定算法,这两种算法主要是利用对摄像机运动约束来标定摄像机内参数。

但这类算法的一个共同的缺点就是对摄像机的运动约束条件太强,因此使得其在实际中并不实用。

而利用场景约束的标定算法中主要是利用场景中的一些平行或者正交的信息,这方面最常用的一类算法就是基于三正交方向消失点的自标定算法[2,4]。

消失点是射影几何中一个非常重要的特征。

传统的基于消失点的自标定算法一般都要找到3个相互正交方向的消失点,从而要求场景中要存在三组相互正交的平行线。

这种约束条件在实际中有时候不能被满足,导致其实用性不强。

降低场景的约束条件,简化标定算法是标定算法的改进方向。

能否利用两个方向的消失点来对摄像机进行自标定呢?这是本文所要讨论的关键问题。

专利名称：一种相机标定方法、装置、电子设备及存储介质专利类型：发明专利
发明人：胡东元
申请号：CN202010981322.4
申请日：20200917
公开号：CN112419420A
公开日：
20210226
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种相机标定方法、装置、电子设备及存储介质，获取基于目标相机的实际参数生成的标定图像；获取待标定相机拍摄所述标定图像而生成的拍摄图像；将所述标定图像和所述拍摄图像进行叠加，生成叠加图像，所述叠加图像用于反映所述标定图像和所述拍摄图像的重合度；基于所述叠加图像，调整所述待标定相机的待标定参数，直至所述叠加图像表征的重合度满足重合条件；获得标定完成后所述待标定相机的标定参数，这样，使得待标定相机的标定参数根据接近与目标相机的实际参数，提高标定准确性。

申请人：腾讯科技(深圳)有限公司
地址：518044 广东省深圳市南山区高新区科技中一路腾讯大厦35层
国籍：CN
代理机构：北京同达信恒知识产权代理有限公司
代理人：李娟
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基于灭点理论的普通数码相机标定方法
荣瑞霞;欧龙;张丽娜;贺春梅
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2007(004)002
【摘要】非量测摄影机要应用于较高精度的物体测量,就必须对摄影机进行检校(标定).而对于较高分辨率的普通数码相机的标定任务是测定内方位元素及物镜畸变系数.因此,在摄影测量的作业过程中,有必要对近景摄影机进行检校,对数码相机的标定是一项必不可少的作业过程.本文针对这一问题,提出了基于灭点理论的普通数码相机标定方法.根据所摄得的影像,运用该标定方法进行实验,测得数码相机的内方位元素及物镜畸变系数.实验结果表明,数码相机的内方位元素及物镜畸变系数的精度均已达到设计的要求,满足近景摄影测量对普通数码相机的要求,故被标定的相机可用于近景摄影测量.
【总页数】5页(P152-156)
【作者】荣瑞霞;欧龙;张丽娜;贺春梅
【作者单位】中国地质大学工程学院,武汉,430074;中国地质大学工程学院,武汉,430074;中国地质大学工程学院,武汉,430074;中国地质大学工程学院,武
汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】P23
【相关文献】
1.一种基于多灭点标定数码相机内外参数的方法 [J], 王德麾;樊庆文;袁中凡
2.基于普通数码相机全数字摄影测量的理论与方法 [J], 魏明果;刘德富;王仁明;黄公谨
3.一种新的基于灭点的相机标定方法 [J], 谢文寒;张祖勋;张剑清
4.基于Tsai两步法的视觉点胶系统相机标定方法 [J], 马喜平;李迪;姚侠楠;马苑晋
5.基于圆形特征点的非线性相机标定方法 [J], 油世明;张维忠;王静
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