基于球面角点特征的鱼眼相机与激光雷达联合标定方法

针对鱼眼相机和激光雷达的联合标定问题,提出一种基于球面角点特征的鱼眼相机与激光雷达联合标定方法。首先利用静电斥力物理模型得到了均匀分布在球面上的点集,并以这些点集为生长点对球面进行Voronoi划分,得到了均匀的球面像素,实现了鱼眼相机图像在球面上的均匀重采样;之后在球面上提取了鱼眼相机图像的角点特征,有效地避免了图像畸变带来的角点提取困难的问题;最后利用17组标定数据在球面上实现了鱼眼相机和激光雷达联合标定,在鱼眼图像上的重投影误差小于2个像素,并通过数据融合实验复现了真实场景中的彩色三维效果。

用于高精度准直测量的鱼眼相机标定方法

为了扩展准直测量的应用领域,提高测量范围是最为有效的手段之一,因此用于准直测量的鱼眼相机应运而生。针对准直测量用鱼眼相机标定精度不高的问题,提出了一种基于插值形式的径向粗标定及基于栅格形式的补偿精标定的两步式准直测量用鱼眼相机标定方法。该方法使用插值而并非构建成像模型,能够有效避免模型不准确及参数设置不合理而引入的系统误差,并且可以在一定程度上抑制镜片加工的非对称性及光学系统装调所带来的偏差。区别于图像评价的峰值信噪比(PSNR)以及结构相似性(SSIM)等性能指标,该方法选择的平均重投影误差(MRE)这一指标能够更有效地衡量准直测量使用条件下相机标定结果的优劣。仿真对比实验结果表明该方法在4种虚拟鱼眼相机模型上的标定效果皆优于传统标定方法,与传统的方法相比,标定的不确定度最大能够改善82.63%。样机标定实验结果表明,该方法能够有效标定真实的准直测量用鱼眼相机,在搭建的真实样机上应用该标定方法后,样机的入射矢量解算的不确定度能够提升至角秒级。

基于边缘计算的鱼眼相机高空抛物检测系统

高空抛物引发的人身财产损失案件频发,并且抛物行为迅速而突然,目击者少且不稳定,这导致了案件的取证工作变得极为复杂.针对此类现象,提出一种基于边缘计算的鱼眼相机高空抛物检测系统,主要分为图像视频采集、终端动目标检测以及边缘端目标识别3个模块,在终端将高空抛物视频矫正畸变后,利用三帧差法对抛物者与抛物对象进行标记,随后发送视频序列至边缘端进行目标识别.实验结果的平均精确率均值为0.994,结果表明该系统能够有效检测高空抛物行为.

基于鱼眼相机的双目视觉法在煤斗三维重建上的应用

煤斗或是煤仓的体积测算是燃煤厂的一项重要工作,直接关系到企业的运行经济和科学管理。采用基于鱼眼相机的双目视觉法,通过相机的标定、特征点匹配算法、视差图计算、三维恢复、噪声滤除、点云模型融合等技术手段来解决对煤斗的三维重建。

一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法

鱼眼相机由于其超宽的视场范围(Field of view,FOV)(可以达到180°以上),得到越来越广泛的应用.常规的基于小孔成像模型的相机矫正与标定算法在超宽视场的鱼眼成像系统中已经不太适用,为了兼顾小孔模型的特点,本文提出了一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法.此方法是对小孔成像模型的进一步拓展,不仅具备小孔模型实现简单、适合人眼视觉效果以及相机标定方便等优点,同时将小孔成像模型适用的视场范围扩展到超宽视场领域.其基本思路是:在利用小孔成像模型对鱼眼相机90°左右视场范围进行矫正与标定的基础上,使用非等间距的点阵模板,并结合直线拟合以及自然邻点插值算法,扩展小孔模型适用的视场范围.本文使用鱼眼相机从不同的角度拍摄多幅模板图,完成鱼眼相机的矫正与标定.通过求取的小孔成像模型参数实现相机的标定;对鱼眼相机拍摄的实际场景图进行畸变矫正测试,结果表明此方法能够很好地矫正鱼眼相机存在的畸变,得到符合人眼视觉效果的矫正图;单幅矫正图视场范围达到130°,结合不同角度拍摄的多幅模板图,可把矫正的视场范围扩展到180°.

鱼眼相机矢量观测检校模型及其应用

提出了一种基于矢量观测的鱼眼相机检校新模型。该模型中的基本观测量不仅包括半视场角,而且包括方位角。在模型中引入罗德里格矩阵,采用3个罗德里格参数表示外方位元素,简化了观测方程的形式及运算。采用实测的星图数据对新模型与基于半视场角约束的检校模型进行比较,结果表明新模型在约束方位角误差方面具有明显的优势,在约束半视场角误差方面略有不足。建议在实际应用中首先采用基于半视场角约束的检校模型确定径向畸变参数,然后再采用新模型求解其他相机参数。

基于2D模板与3D包围式标定块的鱼眼相机标定

对于视野范围超过半球的鱼眼相机,用于标定的2D平面模板通常不能覆盖整个鱼眼图像。直观上,一个3D包围式模板在鱼眼图像上能覆盖整个视野,因而在标定鱼眼相机时,能够比应用2D平面模板的标定获得更准确的相机参数。然而,到目前为止还没有这方面的报告。本文在给出3D包围式模板的鱼眼相机标定方法的基础上,对本文方法和2D平面模板鱼眼相机标定方法进行了比较,分别应用两种标定方法估计了鱼眼镜头的径向变形参数,主点的标准差以及特征点的反投影误差。模拟实验及真实图像实验结果表明本文的方法能获得较高的校正精度。

鱼眼相机与PTZ相机相结合的主从目标监控系统

提出了一种将鱼眼相机和PTZ相机相结合的主从目标监控系统,充分利用鱼眼相机单镜头半球空间成像以及PTZ相机指向性高分辨率成像的优点,实现了单系统半球空间运动目标的高分辨率成像监控。首先采用运动点团模式实现鱼眼图像中运动目标的检测;然后在鱼眼图像空间计算目标的相对方位角P′、俯仰角T′和距离Z′;最后通过参数映射将其映射到PTZ图像空间,输出PTZ控制信号给相机进行指向性成像。PTZ图像空间中的P参数和T参数结合鱼眼镜头畸变系数进行校正计算,Z参数根据目标在鱼眼图像中的相对尺寸及PTZ图像中需要的尺寸进行计算。通过对PTZ参数的多次实验测量,其结果的误差均在系统要求范围之内。系统实际的户外测试结果表明,系统能准确检测出鱼眼图像中的运动目标,在PTZ参数的控制下,PTZ相机能准确指向目标进行二次高分辨率成像,目标在PTZ图像中的位置和大小合适,达到预期的设计目标。

基于鱼眼相机的自运动参数异步估计

自运动参数估计是辅助驾驶、机器人导航等领域的核心问题之一.本文提出了一种适用于鱼眼相机的自运动参数异步估计方法.该方法通过特征分类及虚拟面投影,对旋转运动参数和平移运动参数分步估计.解决了以往算法中,旋转参数和平移参数同时估计时,二者相互影响的问题,提高了估计精度.本文首先利用平台运动特性简化相机运动模型,并根据不同距离不同位置的景物对运动参数估计的作用,对背景特征进行分类.分析并推导了各类特征的运动规律.然后根据运动规律,利用远处背景及一般背景特征估计旋转运动参数,利用地面特征估计平移运动参数.实验结果表明,本文方法不易受光照和干扰点影响,同一些经典方法相比,本文方法更具准确性和鲁棒性.

正则化方法在鱼眼相机检校中的应用

由于能对大范围内的目标同时成像,鱼眼相机已经在全方位视觉和摄影测量等领域得到了广泛的应用。使用鱼眼相机之前需要对其进行检校,然而鱼眼相机参数之间存在较强的复共线性,致使参数解容易受到观测误差的影响。为了解决这一问题,提出了利用正则化方法来进行鱼眼相机检校,阐述了Tikhonov正则化方法的基本原理,介绍了L曲线法确定正则化参数的原理,最后利用实验数据对最小二乘解和正则化解的准确度和精度进行了比较。实验结果表明正则化方法能够有效地减弱检校方程的病态性,能够显著提高鱼眼相机参数解的稳定性。

车载鱼眼相机的间接法全景影像拼接

提出了一种车载鱼眼相机的间接法全景影像拼接方法,由拼接后全景影像上的像点坐标出发反求其在原始图像上的像点坐标,从而解决拼接所得全景影像像点非规则排列问题。通过实验发现,采用该方法得到的全景影像画面清晰、成像质量明显提高,证实了该方法进行车载鱼眼影像全景拼接的可靠性。

基于单位视球的鱼眼相机标定方法

针对鱼眼镜头的大范围视场,提出一种新的鱼眼相机标定方法.利用2组相互垂直的平行线来进行鱼眼相机标定.依据相机视场和成像边缘得到内部参数的估计值后,将图像平面上提取的角点反投影到单位视球(viewingsphere)上,2组平行线在单位球面上的2种几何特性提供外部参数估计的解析解.利用角点在图像平面的重投影误差来,得到优化后的所有参数.对3种常见的鱼眼投影模型分别进行关于标定图像数量和噪声水平的仿真实验.从仿真结果来看,在合理的噪声范围内,当用于标定的图像大于5张时,可以得到精度较高的标定结果.利用视场角185°的鱼眼相机来进行标定,并进一步的利用已知结构的立方体模板来验证外参估计方法.与加州理工学院提供的标定工具箱相比较,结果表明该算法不确定度较低,提供更为准确的标定结果.

采用立体标定板的鱼眼相机快速标定方法

针对目前鱼眼相机标定过程繁琐的问题,进行了鱼眼相机快速标定方法的研究。设计了一种由三块黑白棋盘组成、带有红色边界线的立体标定板;对标定图像依据棋盘所属平面进行图像分割,并对每部分分别检测角点,建立二维图像坐标与三维世界坐标的映射;选用折反射成像模型,提出了适用于立体标定法的参数求解方法。进行了该立体标定法与常用平面多图标定法的对比实验,通过图像畸变校正效果和图像坐标逆投影至世界坐标的精度,验证标定精度。实验表明:立体标定法可以实现与平面多图标定方法同样高的标定精度,且具有较好的鲁棒性;同时该标定法极大简化了标定操作流程,缩短了标定时间。

鱼眼相机检校的正则化方法比较分析

针对鱼眼相机的特点,首次提出鱼眼相机检校的正则化方法,介绍基于半视场角约束的鱼眼相机检校方法,阐述Tikhonov正则化方法和截断奇异值(TSVD)正则化方法的基本原理,探讨求解正则化参数的L曲线法和广义交叉检验法(GCV)的特点,最后构建5种不同的正则化方案对15组数据进行分别处理,并对得到的相机参数的精度和准确度进行比较分析。试验分析表明,各种正则化方案会引起相机内方位参数约为0.2像素的轻微偏移,但是相对于直接最小二乘解其精度至少提高了1000倍,能够极大地提高相机检校的抗干扰性。

圆形目标的鱼眼相机成像模型推导

圆形目标在现实生活和工业领域中大量存在,利用鱼眼相机可实现高效的圆形目标检测.介绍了等距投影、等立体角投影、正交投影、体视投影等4种常用的鱼眼相机投影模型,并分别推导了圆形目标在不同投影模型下的理论公式,为利用鱼眼相机检测圆形目标提供了理论基础.

基于鱼眼相机畸变图像的大尺寸目标测量方法

为满足大尺寸目标高精度图像测量的需求,提出一种利用鱼眼畸变图像实现宽视野、大几何尺寸目标测量方法。根据非线性畸变的多项式逼近函数建立鱼眼相机成像模型,通过立体标定板来确定相机参数;将相机沿光轴方向移动采集一组图像,建立鱼眼相机的测量模型实现待测目标尺寸的测量。通过对棋盘格和某大型建筑物几何尺寸的测量实验表明,本文提出的直接利用畸变图像进行测量的方法优于传统的将畸变图像校正成线性图像测量的方法,具有更高的测量精度和稳定性。

船载鱼眼相机星光导航技术研究

星光导航是船舶航海中一种重要的自主导航技术。针对海洋环境的特点以及目前海上星光导航存在的主要问题,提出了一种船载鱼眼相机星光导航技术,利用超大视场的鱼眼相机对全天区可见星体和海天线同时成像,海天线为星高度角的观测确定了水平基准,通过导航定位算法的解算,可实现对海上船舶高精度、智能化、高效率的导航定位,同时具有设备简单、可靠性高的优点。为了验证船载鱼眼相机星光导航技术的性能,进行海上观测实验,实验结果表明:该技术平均能够以90 s的时间达到0.9 nmile的定位精度,具有较好的海上导航精度和效率。

基于圆形视场分割的鱼眼相机星图识别方法

海上星光导航是航海中一种重要的自主导航技术,星图识别是其关键步骤。针对船载鱼眼相机星光导航系统超大视场带来的单幅图像数据量大、识别冗余、识别效率低等问题,提出了一种基于圆形视场分割的鱼眼相机星图识别方法。对于拍摄到的星图,利用同心圆将视场分割成若干个面积相等的环形和圆形区域;在构造导航星特征库的过程中,以星角距为特征构造散列函数,将导航特征库分段存储成若干个子库;在识别过程中,利用基于中心星的多三角形识别算法,从视场中心圆形区域开始依次向视场边缘环形区域进行识别。海上观测实验结果表明:该方法能够平均以2.5s的识别时间达到90%以上的识别成功率,且具有良好的实时性。

鱼眼相机导引下的双目跟踪系统

在智能监控领域,鱼眼相机比传统摄像机拥有更大视野,然而由于其分辨率的限制及鱼眼图像畸变的影响,使得目标物的细节信息难以观察,为克服这个难题,搭建了鱼眼相机导引下的双目跟踪系统。该系统利用鱼眼相机进行全景观察,检测出目标物,采用角度拟合法求出目标物的方位角,通过云台控制双目相机精确定位到目标物,然后对目标物进行距离测量,并使目标在不同的位置进行实验。实验结果表明,系统能准确检测出鱼眼图像中的运动目标,角度标定精度达到系统要求,双目相机能准确测出目标物距离。该智能监控系统能够减小鱼眼相机畸变对检测结果的影响,具有检测视场广和检测精度高的特点,为智能监控技术提供了检测方法。

多目鱼眼相机系统的视觉里程计解决方案

多目鱼眼相机系统具有可视范围广、成本低廉等诸多优点,成为自动驾驶系统中常用的传感器配置。但其成像畸变大、视角差异明显等特性,使得鱼眼相机间图像数据关联较为困难,大大限制了视觉里程计算法的精度。本文设计了一种可以用于自动驾驶场景下多目鱼眼相机系统的里程计解决方案及可以用于多目鱼眼相机系统的前后端算法,并实现两种鱼眼相机间数据关联模块:一是基于光度的数据关联方法,可以在光照差异明显或存在遮挡等条件下获得稳定的关联结果并纠正系统的尺度偏差;二是基于相机模型变换和描述子匹配的数据关联方法,可以加入优化系统提升里程计精度。实验表明,本文的解决方案可以达到平均约5‰的相对位置误差水平,可以满足自动驾驶场景对里程计的精度要求。