論文數(shù)碼相機(jī)的定位

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1、論文題目：數(shù)碼相機(jī)的定位姓名：曹軍子單位：和平縣職業(yè)技術(shù)學(xué)校日期：2011-6-8數(shù)碼相機(jī)的定位摘要圖像復(fù)現(xiàn)在刑偵學(xué)、醫(yī)學(xué)、建筑學(xué)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。在這類(lèi)應(yīng)用中，主要采用的方法是兩類(lèi)單目定位，一類(lèi)需要參照物；另一類(lèi)采用精密調(diào)焦CCD攝像機(jī)。但是，其應(yīng)用具有一定的局限性，且設(shè)備成本較高，文中構(gòu)造了運(yùn)用一般照相機(jī)單目和雙目復(fù)現(xiàn)的模型。先后利用單雙目定位技術(shù)，同時(shí)輔以邊緣提取，構(gòu)建空間坐標(biāo)和像素坐標(biāo)等方法，對(duì)單目(單相機(jī))和雙目(2臺(tái)相機(jī))圖像的還原定位進(jìn)行了估算和擬合。建立單目和雙目視覺(jué)定位模型，構(gòu)建了運(yùn)用照相機(jī)定位的系統(tǒng)。首先對(duì)靶標(biāo)的像進(jìn)行圖像處理，采集像的邊緣點(diǎn)，定位靶標(biāo)的圓心的

2、像，再由小孔成像原理和相似形的相似原理，在空間還原靶標(biāo)的圓心，對(duì)圓心坐標(biāo)進(jìn)行修正，進(jìn)而確定靶標(biāo)在空間的平面，最終定位圖像。另外，還對(duì)此單目視覺(jué)定位模型進(jìn)行了精確度和穩(wěn)定性的測(cè)試，得到了很好的效果。使得所得結(jié)果與靶標(biāo)有較好的近似效果。最后，基于平行雙目視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)量原理，構(gòu)建了一種雙目定位靶標(biāo)的模型，同樣對(duì)靶標(biāo)的像進(jìn)行了圖像處理，采集像的邊緣點(diǎn)，定位靶標(biāo)邊緣點(diǎn)的像，運(yùn)用小孔成像原理和雙目視覺(jué)系統(tǒng)的測(cè)量原理，定位靶標(biāo)的圓心，對(duì)定位的圓心坐標(biāo)加以修正，確定靶標(biāo)所在的平面，定位圖像。經(jīng)過(guò)對(duì)比靶標(biāo)和定位的圖像，建立的雙目測(cè)量模型有著很好的定位效果。上述系統(tǒng)容易構(gòu)建，成本低廉，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，有著相

3、當(dāng)精確的定位效果，為還原實(shí)物和實(shí)物與像的相對(duì)位置提供了一種有效的方法。關(guān)鍵詞靶標(biāo),單目定位,雙目定位,像素坐標(biāo)一、問(wèn)題重述數(shù)碼相機(jī)定位在交通監(jiān)管（電子警察）等方面有廣泛的應(yīng)用。所謂數(shù)碼相機(jī)定位是指用數(shù)碼相機(jī)攝制物體的相片確定物體表面某些特征點(diǎn)的位置。最常用的定位方法是雙目定位，即用兩部相機(jī)來(lái)定位。對(duì)物體上一個(gè)特征點(diǎn)，用兩部固定于不同位置的相機(jī)攝得物體的像，分別獲得該點(diǎn)在兩部相機(jī)像平面上的坐標(biāo)。只要知道兩部相機(jī)精確的相對(duì)位置，就可用幾何的方法得到該特征點(diǎn)在固定一部相機(jī)的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即確定了特征點(diǎn)的位置。于是對(duì)雙目定位，精確地確定兩部相機(jī)的相對(duì)位置就是關(guān)鍵，這一過(guò)程稱(chēng)為系統(tǒng)標(biāo)定。標(biāo)定的一種

4、做法是：在一塊平板上畫(huà)若干個(gè)點(diǎn)，同時(shí)用這兩部相機(jī)照相，分別得到這些點(diǎn)在它們像平面上的像點(diǎn)，利用這兩組像點(diǎn)的幾何關(guān)系就可以得到這兩部相機(jī)的相對(duì)位置。然而，無(wú)論在物平面或像平面上我們都無(wú)法直接得到?jīng)]有幾何尺寸的“點(diǎn)”。實(shí)際的做法是在物平面上畫(huà)若干個(gè)圓（稱(chēng)為靶標(biāo)），它們的圓心就是幾何的點(diǎn)了。而它們的像一般會(huì)變形，如圖1所示，所以必須從靶標(biāo)上的這些圓的像中把圓心的像精確地找到，標(biāo)定就可實(shí)現(xiàn)。有人設(shè)計(jì)靶標(biāo)如下，取1個(gè)邊長(zhǎng)為100mm的正方形，分別以四個(gè)頂點(diǎn)（對(duì)應(yīng)為A、C、D、E）為圓心，12mm為半徑作圓。以AC邊上距離A點(diǎn)30mm處的B為圓心，12mm為半徑作圓，如圖1所示。圖1靶標(biāo)示意圖用一位置

5、固定的數(shù)碼相機(jī)攝得其像，如圖2所示。圖2靶標(biāo)的像請(qǐng)你們：（1）建立數(shù)學(xué)模型和算法以確定靶標(biāo)上圓的圓心在該相機(jī)像平面的像坐標(biāo),這里坐標(biāo)系原點(diǎn)取在該相機(jī)的焦點(diǎn)，x-y平面平行于像平面；（2）對(duì)由圖2、圖3分別給出的靶標(biāo)及其像，計(jì)算靶標(biāo)上圓的圓心在像平面上的像坐標(biāo),該相機(jī)的像距（即光學(xué)中心到像平面的距離）是1577個(gè)像素單位(1毫米約為3.78個(gè)像素單位)，相機(jī)分辨率為1024×786；（3）設(shè)計(jì)一種方法檢驗(yàn)?zāi)銈兊哪Ｐ停?duì)方法的精度和穩(wěn)定性進(jìn)行討論；（4）建立用此靶標(biāo)給出兩部固定相機(jī)相對(duì)位置的數(shù)學(xué)模型和方法。一、問(wèn)題分析數(shù)碼相機(jī)的定位是一個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)。實(shí)物通過(guò)成像原理在像平面上成一倒立,縮小

6、的實(shí)像。為了使問(wèn)題一更容易求解,我們建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的剖面圖,考慮靶標(biāo)的像與靶標(biāo)的平面圖,利用小孔成像原理和相似形等比的性質(zhì),可以確定靶標(biāo)上圓的圓心在像平面中的象素坐標(biāo)。在空間還原靶標(biāo)的圓心，對(duì)圓心坐標(biāo)進(jìn)行修正，進(jìn)而確定靶標(biāo)在空間的平面，最終定位圖像。另外，還對(duì)此單目視覺(jué)定位模型進(jìn)行了精確度和穩(wěn)定性的測(cè)試，得到了很好的效果。使得所得結(jié)果與靶標(biāo)有較好的近似效果。問(wèn)題二從給出的五個(gè)點(diǎn)的相關(guān)信息和數(shù)據(jù),還要依據(jù)靶標(biāo)在像平面所成的像,將像首先初處理,采用邊緣化的方法,將像的邊緣變成一個(gè)亮點(diǎn),其他點(diǎn)變成黑色的底片,進(jìn)一步采用數(shù)學(xué)軟件,邊緣化后確定提取的邊緣點(diǎn)的像素坐標(biāo)，與此同時(shí)用直方圖近似的求出每個(gè)像

7、素點(diǎn)的像素點(diǎn)坐標(biāo),再求出每個(gè)區(qū)域的面積,用相同面積的圓近似代替每個(gè)圓的像，可以計(jì)算出近似圓半徑的值。結(jié)合模型一,通過(guò)小孔成像和相似形對(duì)應(yīng)邊成比例的性質(zhì)可以得出靶標(biāo)上圓的圓心在像平面上的像坐標(biāo)。問(wèn)題三用問(wèn)題二得出來(lái)的結(jié)果和問(wèn)題一的模型,找出物平面上圓的圓心。取不共線的三點(diǎn)做平面,一共可以得10種方案，通過(guò)平面修正的兩個(gè)點(diǎn)去重新構(gòu)建靶標(biāo)，通過(guò)每種方案的邊長(zhǎng)度差異來(lái)驗(yàn)證模型的精度和穩(wěn)定性。問(wèn)題四平行雙目視覺(jué)系統(tǒng)模型建立此靶標(biāo)給