多视角多相机系统的非平面标定

The camera calibration for multi-camera system has been a hot research area in recent years. As a calibration object, sphere can be seen by cameras in different orientations. Futher more,it is can be automaticly detected without feature points corresponding. But the calibration result is not as well as that of planar calbration object.. The project proposed automatic calibrate methods which overcome the disadvantages of traditional methods for multi-camera system. 1)proposed a method to study the image of circular points with respect to the image of the absolute conic. The distribution of circular points affects the accuracy of IAC. It uncovers the reason that the traditional method can’t meet the accuracy demand.2)Study the new geometory invariants in sphere projection.Proposed methods which replace the stick-like 1D calibration object and and 2D planar object with spheres.They are new methods for multi-camera system calibartion.. The main contributions of the project are 1）uncovers the reason that the traditional method can’t meet the accuracy demand.2）The project regards the two spheres’ centers and the middle point between them as 1D or 2D calibration feature points.The 1D and 2D method can be used. The project not only poposed a method of camera calibration but also propsed a method to position sphere which can be used in industories,such as,robots..

多相机系统的标定成为近年来研究的热点。圆球标定物具有任意角度可视、无需特征点匹配，容易自动识别等优点，适合多相机系统使用，但是现有圆球标定方法精度较差。本项目基于圆球，提出适合多相机系统使用的自动标定算法，克服现有方法精度差的缺点。1）提出研究各类标定方法中圆环点分布对IAC求解精度的影响，从理论上揭示圆球标定不准的原因。2）研究圆球投影中存在的新的几何不变量，避免过去从单个圆球的几何特性进行研究的做法，提出两个圆球之间形成的1D特性和三个圆球之间形成的2D特性，提出实现多相机系统标定的新方法。本项目的创新性在于：1）解释了圆球标定不准的原因；2）将任意两个圆球球心投影和球心连线中点的投影视为1D标定物的三个特征点（或者2D标定平面的特征点），从而采用1D标定和2D标定的原理对其进行计算，达到1D和2D标定的精度。

多相机系统的标定成为近年来研究的热点。圆球标定物具有任意角度可视、无需特征点匹配，容易自动识别等优点，适合多相机系统使用，但是现有圆球标定方法精度较差。本项目基于圆球，提出适合多相机系统使用的自动标定算法，克服现有方法精度差的缺点。主要贡献如下：.1）以双触（double-contact）关系中的秩1约束为基础，提出了秩1约束下求解相机内参数的方法；提出了一种计算相机外参数的简便方法，并采用秩1约束提高圆球球心空间位置的求解精度，从而提高外参数的标定精度。本文提出的几何解释建立在非对偶形式上，更直观清楚；提出的秩1约束可以提高内参数和外参数的标定精度。.2）提出了以圆球取代传统棍状1D标定物的标定方法。1D标定是一种用于多相机系统的标定方法，棍状1D标定物通常采用位于一条直线上的已知位置的三个标志点实现相机标定。本项目通过分析两个圆球间的视觉几何特性，提出以两个圆球球心及其连线的中点作为1D标定物，该1D标定物的长度是变化的，但是通过圆球投影特性，可以获得这些长度的相对比例。本项目方法只需拍摄单个圆球在不同位置下的多幅图像，就可以精确地提取标志点的图像坐标，实现对相机的1D标定。.3）提出了以圆球取代传统平面2D标定物的标定方法。传统2D标定物以平面上已知坐标的投影，计算相机内外参数。在多相机情况下，平面标定物不能被多个相机同时可视。本项目利用3个圆球球心构成空间平面，利用圆球半径和投影性质，从相机拍摄图像中获取圆球球心以及球心连线的中点的空间相对坐标，作为已知信息，从而进行相机标定。该方法使得多相机的标定可以自动进行，无需人工参与。.4）利用球面具有的几何特性，提出了基于多同心球面结构下的特征值和特征向量联合描述子，论证了该描述子是点云局部特征表达的重要描述子，进而通过球心距离的约束关系，建立了扩展策略，提出三维点云的配准方法，通过比较，该方法优于目前其他公开的配准算法。