攝像機標(biāo)定研究

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1、2010年2月沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報第27卷第1期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringFeb．20lOV01．27No．1文章編號：1007—1385(20tO)01一0043—05攝像機標(biāo)定研究劉振中傅莉(沈陽航空工業(yè)學(xué)院自動化學(xué)院，遼寧沈陽110136)摘要：目前，攝像機標(biāo)定是計算機視覺領(lǐng)域中的研究熱點之一，其目的是通過攝像機拍攝的單幅或多幅圖像來確定攝像機的參數(shù)模型，進而獲得攝像機的各項參數(shù)，在機器人導(dǎo)航、三維重建、生物醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實、視覺監(jiān)控、視覺伺服等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。本文綜述了傳統(tǒng)標(biāo)定

2、方法，自標(biāo)定方法和基于主動視覺的標(biāo)定方法的研究現(xiàn)狀，對其優(yōu)缺點作出評價并指出發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：攝像機標(biāo)定；自標(biāo)定；主動標(biāo)定中圖分類號：TP242．6+2文獻標(biāo)識碼：A在三維視覺系統(tǒng)中，三維物體的位置、形狀等幾何信息是從攝像機獲取的圖像信息中得到的。為了獲取空間點到攝像機圖像像素點的對應(yīng)關(guān)系，攝像機的標(biāo)定必不可少?？臻g物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點之間的相互關(guān)系是由攝像機成像的幾何模型決定的，這些幾何模型參數(shù)就是攝像機參數(shù)。在大多數(shù)條件下這些參數(shù)必須通過實驗與計算才能得到，這個過程被稱為攝像機標(biāo)定?。盡管目前關(guān)于攝像機標(biāo)定的理論已經(jīng)非常成熟，標(biāo)定方法也很

3、多，但至今為止仍未有一種能夠在各種場合普遍使用的標(biāo)定方法，兼之?dāng)z像機標(biāo)定在機器人導(dǎo)航、三維重建等方面具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟效益，國內(nèi)外許多學(xué)者和科研機構(gòu)仍然進行著相關(guān)項目的研究。1攝像機標(biāo)定的應(yīng)用領(lǐng)域攝像機標(biāo)定在諸多領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用，在此僅對其典型應(yīng)用做出簡單介紹。1．1移動機器人導(dǎo)航隨著機器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，為了使機器人能夠完成復(fù)雜的任務(wù)，迫切要求開發(fā)出的機器人具有更強的與外界交互能力，以實現(xiàn)機器人與環(huán)境的互動，把機器人智能提高到更高層次。在眾多的導(dǎo)航方式中，視覺導(dǎo)航方式具有信號探測范圍寬、獲取信息完整等優(yōu)點，成為未來移動機器人收稿日期：2009—09

4、—16項目基金：國家重點實驗室開放基金(項目編號：2009SY01)作者簡介：劉振中(1986一)。男，山西長治人，碩士研究生，主要研究方向：圖像處理與模式識別，E—mial：lzzl互zkz@163．tom。導(dǎo)航(如無人機導(dǎo)航)的一個主要發(fā)展方向L2?！?。在視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中，目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的是采用在移動機器人上安裝車載攝像機的基于局部視覺的導(dǎo)航方式。這種導(dǎo)航方式的攝像機安裝位置較低，獲取場景范圍較小，一般的標(biāo)定方法即可滿足精度要求，但所有的計算設(shè)備和傳感器都裝載在機器人車體上，圖像識別、路徑規(guī)劃等高層決策都由車載計算機完成，因而實時性能略差。為了獲取更大的場景，

5、需要在環(huán)境中布置多部攝像機，這使得攝像機的標(biāo)定精度、定位坐標(biāo)的計算方法成為影響。移動機器人導(dǎo)航和定位精度的重要因素，也使得適用于較大場景下攝像機參數(shù)標(biāo)定方法具有重要的研究意義和實用價值。1．2機器視覺隨著加工技術(shù)的發(fā)展，對機械部件的加工呈現(xiàn)出越來越高的要求：高速度、高精度、整個過程自動化、不需要人工干預(yù)等等?；跈C器視覺的檢測技術(shù)具有非接觸，高速度，精確度高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于對各種工件的測量。文獻[8]提出一種基于機器視覺技術(shù)的圓形零件檢測技術(shù)，采用簡單的標(biāo)定方法可以實現(xiàn)對圓孔和圓形零件的非接觸精密加工。1．3生物醫(yī)療自二十世紀(jì)八十年代起，美、日等國已經(jīng)開始研究將

6、機器人應(yīng)用于醫(yī)療外科手術(shù)方面。在機器人與計算機的幫助下，我們可以通過制定合理、定量的手術(shù)方案，來提高手術(shù)的精度，減小手術(shù)的創(chuàng)傷。不僅如此，使用機器人還可以完成常規(guī)方法難以完成的復(fù)雜診斷和治療手術(shù)。實踐證明，發(fā)展醫(yī)療外科機器人技術(shù)是醫(yī)療部門擺脫陳舊的手沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報第”卷術(shù)方法，提高手術(shù)的效率、質(zhì)量和降低手術(shù)費用的可靠途徑。文獻[9]中提到的神經(jīng)外科手術(shù)機器人手術(shù)(即通常所說的腦外科立體定向?qū)Ш绞中g(shù))就是一個醫(yī)學(xué)應(yīng)用的例子。它通過在顱骨上鉆一個小孔，然后借助機器人在定向?qū)Ш较到y(tǒng)引導(dǎo)下將探針或其它更精細(xì)、復(fù)雜的外科器件引入腦內(nèi)，對病灶點進行活檢、放療、切除等操作。

7、目前，由于存在標(biāo)定精度等問題，國內(nèi)關(guān)于機器人輔助立體定向神經(jīng)外科手術(shù)的研究還處于起步階段，還需要較長時間的探索。1．4視覺監(jiān)控隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，路段監(jiān)控趨于路網(wǎng)監(jiān)控。我們可以通過圖像采集設(shè)備獲得大量的監(jiān)控視頻、圖像等，分析估計路況隱患，及時發(fā)現(xiàn)車輛逆行、追尾、拋錨、堵塞等交通事故，保障公路的通暢。由于高速公路的路況復(fù)雜，通行車輛較多且速度較快，采集的圖像容易受到天氣和操作人員的影響，因此，如何提高圖像采集設(shè)備的標(biāo)定精度以及提高圖像的處理速度成為公路監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)㈨。此外，攝像機標(biāo)定在考古、建筑、農(nóng)業(yè)、機械等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。2攝像機標(biāo)定技術(shù)的研究