非中心圆锥曲线回转镜折反射摄像机内参数研究

From a combination of camera and catadioptric mirror with a large field of view, can obtain more information in 3D space, in robot navigation, visual surveillance and 3D reconstruction is widely used. The camera not only has a larger field of view and mirror cost low, easy production, in the periphery of the mirror has a higher pixel resolution. The catadioptric camera with rotating mirror of conic curve belongs to non-central camera system, of which the solution of intrinsic parameters is more complex than central catadioptric camera. Analyzing the imaging projection of catadioptric camera with rotating mirror of conic curve, apply the method of combining the projective geometry and computer simulation to establish a new universal equivalence relation on algebra. First of all, study the projective geometry relationships among rotating symmetry mirror in the non-central system, specular reflection of a point in space, direct imaging projection point and imaging point of the axial. Secondly, further study the constrained track of effective viewpoint on algebra and geometry on the system. According to the analysis of viewpoint and image in the system, the new universal equivalence model on algebra can be established by using the symmetry property of the mirror to obtain the camera intrinsic parameter. In this project, we expect to publish 6-8 research papers, and apply for 5-8 invention and utility model patents.

由摄像机和反射镜面结合的折反射摄像机具有较大的视野，而非中心圆锥曲线回转镜面的生产成本低，镜面的设计更加灵活，适用性更广，在镜面的外围有更高的像素分辨率并且部分解决了镜面底部的分辨率问题。圆锥曲线回转镜面折反射摄像机属于非中心的摄像机系统，相对于中心折反射面临着摄像机内参数的确定的复杂性。分析圆锥曲线回转镜面折反射摄像机成像情况，应用射影几何理论与计算机仿真相结合得到一个新的统一的代数等价关系模型，关键是解决由于镜面设计灵活性对内参数的求解。首先，研究对于非中心轴对称系统的旋转对称镜面，空间内任一点的反射像点，直接投影像点，及轴的像点之间的射影几何关系。根据有效视点代数几何约束轨迹，最后通过圆锥曲线回转镜面折反射摄像机视点及像的构成分析，利用镜面成像的轴对称性得到一种新的代数等价性统一投影模型求解摄像机内参数。本项目预期在国际相关的前沿高水平期刊发表研究论文4至6篇，申请发明专利5至8项。

摄像机标定是计算机视觉领域的关键技术。本项目针对非中心圆锥曲线回转镜折反射摄像机内参数研究的问题，从球、圆、直线存在的基本场景出发，利用该基本元素在不同成像镜面的成像开展了深入的研究。利用射影几何与代数的关系解决了成像视角变化，镜面参数变化等内、外参数的标定的科学问题，获得了一系列鲁棒性好，实用性高的标定算法。除了这些，还对普通的二次曲线标定进行了研究，丰富了计算机视觉技术的理论体系。.项目发表学术论文14篇，SCI论文12篇，包括OSA学会汇刊5篇，IEEE汇刊2篇等，并获的授权专利9项.其中代表性的成果包括：1）非中心轴对称系统圆锥折反射摄像机的标定，利用一条直线求解锥镜面折反射摄像机镜面参数的方法；2）基于不同位置间的共面圆的公共极点极线性质进行摄像机标定；3）基于圆的帕斯卡定理标定针孔摄像机内参数；基于球的投影性质求解图像之间的单应矩阵；根据球像与公共自极三角形进行抛物折反射摄像机标定；4）基于球的射影几何性质标定摄像机内参数研究；基于圆的摄影几何性质标定相机内参数研究。以上成果均已授权专利及在OSA汇刊等国际期刊发表。项目的研究基础理论丰富了计算机视觉和数字图像处理的成果。