折反射攝像機(jī)由于其具有視場(chǎng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于三維場(chǎng)景重建、視頻監(jiān)控和視覺(jué)導(dǎo)航等領(lǐng)域。本文主要研究了折反射攝像機(jī)的成像模型和誤差評(píng)價(jià)兩個(gè)方面。本文首先論述了折反射攝像機(jī)的成像結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有的兩種成像模型,推導(dǎo)并給出了兩種成像模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式。針對(duì)折反射成像系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性,根據(jù)投影幾何理論,優(yōu)化折反射成像模型,提出了折反射圖像點(diǎn)與空間直線之間的經(jīng)緯儀成像模型,并證明了該模型與球面統(tǒng)一模型的等價(jià)性。本文選用雙曲面鏡折反射攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,用Harris算法提取雙曲面折反射攝像機(jī)采集到的7張棋盤格圖像的角點(diǎn)坐標(biāo)。其次,通過(guò)球面統(tǒng)一模型標(biāo)定了該攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù),并根據(jù)等價(jià)性得到經(jīng)緯儀模型的內(nèi)參數(shù)。在經(jīng)緯儀模型下,可將折反射攝像機(jī)等價(jià)為傳統(tǒng)透射式攝像機(jī),采用傳統(tǒng)的EPNP算法計(jì)算外部參數(shù),最后,比較這兩種模型計(jì)算得到的反投影誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)緯儀模型的反投影平均誤差比球面統(tǒng)一模型降低了0.05個(gè)像素,提升了攝像機(jī)的標(biāo)定精度。經(jīng)緯儀模型將球面統(tǒng)一模型的非線性投影轉(zhuǎn)換為等價(jià)形式的線性投影方式,可以更好的應(yīng)用現(xiàn)有的位姿估計(jì)算法獲得高精度的外參數(shù),為折反射攝像機(jī)的外參數(shù)計(jì)算開(kāi)辟... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：55 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

拋物面鏡折反射相機(jī)投影示意圖

第2章折反射相機(jī)成像原理7222,,,,ppxpypzxyzrzrzrz"P(2-2)其中rx2y2z2。經(jīng)拋物面鏡反射后正交投影到z0平面，由于拋物線的特性，P經(jīng)過(guò)拋物線反射的光線均平行于z-軸，所以根據(jù)公式(2-2)可得經(jīng)過(guò)拋物面鏡反射投影在z0平面上的點(diǎn)坐標(biāo)為：22*,,,ppxpyqxyzrzrz(2-3)2.1.2雙曲面鏡折反射相機(jī)成像結(jié)構(gòu)雙曲面投影的過(guò)程為空間中的三維點(diǎn)P以雙曲面的第一個(gè)焦點(diǎn)為投影中心投影到雙曲面上，再將這個(gè)投影點(diǎn)與雙曲線的第二個(gè)焦點(diǎn)連線投影至圖像平面上。如圖2-2所示，P點(diǎn)首先投影在雙曲面上兩點(diǎn)P"，P""，然后經(jīng)過(guò)反射鏡反射與第二個(gè)焦點(diǎn)相連投影到圖像平面上的點(diǎn)Q",Q""。圖2-2雙曲面折反射相機(jī)投影示意假設(shè)雙曲面兩個(gè)焦點(diǎn)所在的對(duì)稱軸z-軸重合，設(shè)第一個(gè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，第二個(gè)焦點(diǎn)在y-軸負(fù)半軸，且兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離為d，其正焦弦為4p，因此得出雙曲面鏡的平面方程為：2222,,1zdxySxyzabb(2-4)其中：

第2章折反射相機(jī)成像原理8221422adpp，222bpd4p2p(2-5)對(duì)于空間中的三維點(diǎn),,TPxyz，投影到雙曲面上的點(diǎn)為,,,TpdSxyz，經(jīng)過(guò)反射鏡反射后，將,,,TpdSxyz和雙曲面第二個(gè)焦點(diǎn)連接的入射光線透視投影到z0平面，結(jié)果表示為：2222*,22222/42/4,,,44pdxdpdpydpdprxyzddrzrzdpdp(2-6)2.1.3橢圓面鏡折反射相機(jī)成像結(jié)構(gòu)橢圓面鏡的成像過(guò)程與雙曲面鏡相同。如圖2-3所示，P點(diǎn)首先投影在橢圓面上兩點(diǎn)P"，P""，然后經(jīng)過(guò)反射鏡反射與第二個(gè)焦點(diǎn)相連投影到圖像平面上的點(diǎn)Q",Q""。圖2-3橢圓面折反射相機(jī)投影模型假設(shè)橢圓面兩個(gè)焦點(diǎn)所在的對(duì)稱軸z-軸重合，設(shè)第一個(gè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，第二個(gè)焦點(diǎn)在y-軸負(fù)半軸，且兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離為d，其正焦弦為4p，因此得出橢圓面鏡的平面方程為：2222,,1zdxySxyzabb(2-7)其中：221422adpp，bpd24p22p2(2-8)同理可得，對(duì)于空間中的的三維點(diǎn),,TPxyz，其經(jīng)過(guò)橢圓面鏡反射投影在z0

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種針對(duì)近景攝影測(cè)量的相機(jī)標(biāo)定方法[J]. 楊冬.  經(jīng)緯天地. 2019(03)
[2]基于廣義成像模型的Scheimpflug相機(jī)標(biāo)定方法[J]. 孫聰,劉海波,陳圣義,尚洋.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(08)
[3]大視場(chǎng)全天候折反式紅外全景云量觀測(cè)[J]. 張姣,于洵,張丹婷.  西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[4]全景攝像機(jī)標(biāo)定方法綜述[J]. 張靜,柴興華,李小英,裴春琴.  西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(04)
[5]基于合作靶球的視覺(jué)傳感器外參標(biāo)定方法[J]. 宋佳慧,任永杰,楊守瑞,尹仕斌,郭寅,葉聲華.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(09)
[6]基于單目視覺(jué)和棋盤靶標(biāo)的平面姿態(tài)測(cè)量方法[J]. 蘇建東,齊曉慧,段修生.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(08)
[7]魚眼視頻圖像畸變的實(shí)時(shí)校正方法[J]. 呂耀文,安喆,徐熙平.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版). 2017(01)
[8]基于HALCON的全景攝像機(jī)標(biāo)定及應(yīng)用研究[J]. 張柱,張瑩,閆璠,高贏.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2016(10)
[9]非球面魚眼鏡頭設(shè)計(jì)及畸變校正算法研究[J]. 張寶龍,李丹,張少敬,李洪蕊,楊繼超,王靖云.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2014(12)
[10]中心折反射相機(jī)標(biāo)定方法綜述[J]. 張艷,趙麗娜,胡萬(wàn)寶.  計(jì)算機(jī)工程與科學(xué). 2014(05)

博士論文
[1]中國(guó)中學(xué)幾何作圖教科書發(fā)展史（1902-1949）[D]. 張彩云.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 2019
[2]全向視覺(jué)傳感器標(biāo)定[D]. 林穎.浙江大學(xué) 2013
[3]單視點(diǎn)折反射成像系統(tǒng)的建模、標(biāo)定與應(yīng)用[D]. 張雷.浙江大學(xué) 2010

碩士論文
[1]利用單個(gè)球的投影性質(zhì)標(biāo)定拋物折反射攝像機(jī)[D]. 李遠(yuǎn)珍.云南大學(xué) 2018
[2]大視野多光譜折反射成像系統(tǒng)的研究[D]. 羅蕾.浙江大學(xué) 2018
[3]基于廣義統(tǒng)一模型的非單視點(diǎn)全向相機(jī)標(biāo)定[D]. 戴行.浙江大學(xué) 2014
[4]基于非球面的折反射全景成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 段英麗.西安電子科技大學(xué) 2012
[5]全景視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)研究[D]. 朱睿爽.哈爾濱工程大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3631030