基于一维标定物的多摄像机系统标定研究

多摄像机系统在文化创意产业有广泛的应用前景，但现有的多摄像机系统标定方法精度低、鲁棒性差并且在实际应用中难以实现，严重制约了多摄像机系统的应用。本项目在前期基于标定物一般运动的一维标定研究基础上，将基于标定物特殊运动、一般运动的一维标定统一到同一理论框架下，研究利用一维标定物对多摄像机系统进行鲁棒性标定的理论及算法。主要研究内容包括：对一维标定进行统一的理论阐释；研究加权一维标定及一维标定的全局优化，建立高精度一维标定方法；从退化配置、约束方程的病态性、外点剔除以及噪声抑制等方面研究多摄像机系统一维标定的鲁棒性，建立改善鲁棒性的方法；研制易于使用、高精度的一维标定物。本研究可以完善摄像机标定理论，推动视觉计算的鲁棒性问题的最终解决，具有一定理论意义和学术价值。研究成果可以为文化创意产业多个领域的核心技术研究提供理论基础，部分成果可以直接应用于这些领域，具有巨大应用价值。

针对现有的多摄像机系统标定方法精度低、鲁棒性较差且难以实现等缺点，本项目在前期基于标定物一般运动的一维（1D）标定研究基础上开展了基于1D标定物的多摄像机系统标定研究。从1D标定几何本质分析、1D标定鲁棒性的分析及改进、高精度1D标定及全局优化以及改进1D标定物构建多摄像机系统1D标定原型系统等方面开展了理论分析和试验研究。揭示了1D标定的几何本质可归结为确定绝对二次曲线的像，给出了1D标定的统一理论阐释。分析了1D标定的退化现象，给出了退化配置，为实际应用提供了理论指导。分析了1D标定约束方程的病态性，阐明其鲁棒性差的原因，提出了基于HEIV的高精度1D标定算法，提高了1D标定的鲁棒性和精度。分析了1D标定约束方程和噪声，改进完善了加权1D标定算法，提出了一种显著提高标定精度的自适应加权1D标定算法。并以1D标定为对象对视觉计算中涉及的代价函数非凸的优化问题进行了分析，提出了基于分枝定界以及基于线性矩阵不等式的两种全局优化方法，并证明了其全局最优性。改进了1D标定物，构建了多摄像机1D标定原型系统，并采集了大量数据，可用于算法评测。