平面单应矩阵对摄像机内参数约束的一些性质

空间x-y坐标平面与图像平面之间的单应矩阵可以提供关于摄像机内参数的2个线性约束.文中研究表明:给定一个一般空间平面与图像平面之间的单应矩阵,如果空间平面在世界坐标系的坐标已知,则该单应矩阵同样可以提供关于摄像机内参数的2个线性约束;如果空间平面在世界坐标系的坐标未知,则该单应矩阵不能构成对摄像机内参数的任何约束.另外,仅仅知道某一个场景中的2幅图像间的单应矩阵不能对摄像机内参数构成任何约束.该结果对从事摄像机标定和三维重建的研究人员有一定的参考作用.     

基于主动视觉系统的摄像机自定标方法研究

提出了一种新的基于主动视觉系统的摄像机自定标方法,其主要特点是可以线性求解 摄像机的所有5个内参数.该方法的基本原理是利用图像中平面场景的信息,通过控制摄像机 作多组平面正交平移运动,由平面场景图像的单应性(homography)矩阵建立摄像机内参数线性 约束方程组,来求解摄像机的内参数,同时给出约束方程组解的唯一性与平移运动组之间的关系.     

一种基于菱形的摄像机标定方法

给出了一种基于菱形作为平面模板的摄像机标定方法。通过计算圆环点,建立绝对二次曲线对摄像机内参数的约束方程．只需摄像机在三个不同方位摄取菱形模板的图像,即可线性求解摄像机内参数。通过仿真实验表明,该算法可行。     

双摄像机系统对移动目标的跟踪

提出了一种由一个静止摄像机加上一个动态摄像机组成的双摄像机实时跟踪系统．该系统利用两种形式摄像机各自的优点，克服它们自身的不足，实现了对运动目标的实时跟踪．文中给出了双摄像机系统的组成以及功能划分．利用由近似的摄像机投影模型导出的单应性关系，实现两个摄像机图像之间的目标匹配．系统在静态摄像机的图像平面上建立目标的2D运动模型，采用卡尔曼滤波实现目标位置的预测，由单应性关系求出动态摄像机图像平面上对应目标的预测位置，然后计算摄像机动态平台的旋转角度，实现对动态平台的伺服控制．     

基于正交平面的摄像机自定标

提出了一种基于正交平面摄像机定标的新算法。它利用场景中的正交平面,摄像机作五次以上的平移运动,根据每次运动关于平面的单应矩阵建立内参数的线性约束方程组,从而线性地确定内参数。与以往的定标方法相比,文章对摄像机的运动不苛刻,只需控制摄像机作平移运动,这在一般的实验平台上可以很容易地实现,并且线性地确定摄像机所有的五个内参数。模拟实验和真实图象实验表明,文章给出的方法在机器人视觉中具有一定的实用价值。     

基于单幅图像的摄像机畸变参数估计方法

摄像机畸变参数估计是摄像机标定的重要步骤.针对已有的摄像机畸变估计方法大多数为首先对无畸变下的摄像机参数进行标定,再进一步估计畸变参数,导致畸变参数估计过程复杂的问题.采用单应矩阵直接估计畸变参数,提出一种基于单幅图像的摄像机畸变参数估计算法.首先利用图像主点附近的图像特征点估计空间平面到图像平面的单应矩阵,然后利用该单应矩阵估计图像畸变误差和畸变参数,最后采用非线性优化算法对单应矩阵与畸变参数进行整体优化.模拟数据与实际图像的实验结果验证了本文算法的有效性;由于该算法仅需要1幅图像即可估计畸变参数,因此有效地提高了摄像机标定方法的灵活性.     

基于平面模板的摄像机标定方法

给出了一种基于平面模板的摄像机标定的新算法.所用的标定模板由一个内嵌矩形的圆组成,通过模板图像在像平面上的投影计算圆环点,建立绝对二次曲线对摄像机内参数的约束方程,只需要摄像机在3个(或3个以上)不同方位摄取平面模板中的图像,即可线性求解摄像机的内参数.该方法原理简单,对摄像机运动没有约束,不涉及图像匹配,平面模板容易制作,无须知道物理度量,实验证明本方法可行,并有较好的鲁棒性.     

一种基于菱形的摄像机标定方法

给出了一种基于菱形作为平面模板的摄像机标定方法。通过计算圆环点,建立绝对二次曲线对摄像机内参数的约束方程,只需摄像机在三个不同方位摄取菱形模板的图像,即可线性求解摄像机内参数。通过仿真实验表明,该算法可行。     

基于两幅图像的三维物体分层重构

文章研究在仅有两幅图像的条件下,如果摄像机内参数保持不变,如何利用场景中的结构信息实现空间物体的分层重构,研究表明,计算出无穷远平面的单应矩阵,可以仿射重构,计算出绝对二次曲线的像,就可以进一步实现欧氏重构。最后给出一个具体的实验,结果表明该算法是可行的。     

基于平面与直线的仿射重建

首先给出了无穷远平面的单应矩阵以及仿射重建算法，然后从数学上严格证明了下述命题：在变参数模型下，如果场景中含有一张平面和一对平行直线，或者场景中含有两张平行平面，则从两个平移视点下的图像均可以线性地对场景进行仿射重建；文章同时指出：如果场景中包含一对平行平面和一对平行直线，则从两个一般运动视点也可以线性地重建场景的仿射几何．大量的模拟和真实图像实验表明，该线性仿射重建算法是正确的，同时具有较高的重建精度和鲁棒性．     

一种评价仿射不变性特征定位误差的新方法

特征点匹配是计算机视觉中的一个基本问题。不同视点图像中相应特征点邻域窗口之间存在几何上的透视畸变,这可用平面单应映射来表示,而目前大多匹配算法将该映射用仿射变换模型来近似,即用具有仿射不变性的特征进行图像的匹配。仿射变换的线性特点不仅能降低算法复杂度,还能保证迭代过程收敛的稳定性,然而并没有人对该近似的可行性及如何减小近似误差给出定量分析。本文首先回顾了各种几何层次上的特征点匹配策略,重点针对具有仿射不变性特征点的定位误差进行研究和定量分析,通过本文提出的椭圆曲线规范化法推导出该近似所造成相应特征点定位误差的解析表达;然后用真实图像的实验结果验证了本文分析方法的必要性和正确性;最后给出相应的分析结果和结论,并指出提高大基线图像特征点匹配精度的相应措施。     

一种利用平行结构光的3D重构算法

论文提出了一种简便的采用等间距平行结构光的3D重构算法。算法不需要对摄像机进行标定,只需求解参考平面的像到参考平面的单应矩阵和光平面的像到光平面的单应矩阵,利用所求得的单应矩阵便可以从空间物体在结构光照射下的图像求出物体的3D坐标。实验表明算法计算简单、行之有效。     

基于仿射点对应的分层重构

提出了一种基于仿射点对应的分层重构方法,所谓仿射点对应是指相差一个仿射变换的两个空间点集的图像对应．该方法主要分为以下三个步骤：首先,从点对应计算准仿射重构;然后,由仿射点对应的准仿射重构建立一个三维射影变换,并利用这个射影变换的特征向量来确定无穷远平面,从而得到仿射重构;最后,从仿射重构所获得的无穷远平面单应矩阵标定摄像机内参数,进而得到度量重构．在上述三个步骤中,第二个步骤是最关键的,即如何确定对应于无穷远平面的特征向量,这也是该文的新思想和主要贡献所在．仿真和真实图像实验均表明,该文的方法是有效的,并且有很好的鲁棒性．     

单幅图像测量的一种新方法

本文方法表明,由一空间平面(参考平面)与其图像间的单应性矩阵(Homography)不仅 此参考平面上的距离可以测量,而且可以测量与此参考平面垂直的平面上的距离.同时,分别位 于两平面上的点间的距离也可以测量.这样就可以得到关于场景的更多的几何信息,此结果是在 前人的基础上又向前跨了一步.另外,本文提出一种新的基于平面单应性矩阵的摄像机标定方 法.模拟和真实图像试验均表明本文方法是可行的,并得到了令人满意的结果.     

基于一维移动物体的双目装置自标定

给出了平移运动的一维物体所在平面的虚圆点图像及其对摄像机内参数的约束，和约束方程的数值求解方法，从而获得摄像机的内参数. 进一步通过恢复空间点在摄像机坐标系中的坐标，求解出双目摄像机之间的方位，即摄像机的外参数．对于一维物体的一般刚体运动，给出了把它转化为平移运动的方法．模拟实验和真实图像实验结果表明该方法具有较高的求解精度，同时也有一定的应用价值．     

Multiview constraints on homographies

The image motion of a planar surface between two camera views is captured by a homography (a 2D projective transformation). The homography depends on the intrinsic and extrinsic camera parameters, as well as on the 3D plane parameters. While camera parameters vary across different views, the plane geometry remains the same. Based on this fact, we derive linear subspace constraints on the relative homographies of multiple (⩾ 2) planes across multiple views. The paper has three main contributions: 1) We show that the collection of all relative homographies (homologies) of a pair of planes across multiple views, spans a 4-dimensional linear subspace. 2) We show how this constraint can be extended to the case of multiple planes across multiple views. 3) We show that, for some restricted cases of camera motion, linear subspace constraints apply also to the set of homographies of a single plane across multiple views. All the results derived are true for uncalibrated cameras. The possible utility of these multiview constraints for improving homography estimation and for detecting nonrigid motions are also discussed     

A unified approach to the linear camera calibration problem

The camera calibration process relates camera system measurements (pixels) to known reference points in a three-dimensional world coordinate system. The calibration process is viewed as consisting of two independent phases: the first is removing geometrical camera distortion so that rectangular calibration grids are straightened in the image plane, and the second is using a linear affine transformation as a map between the rectified camera coordinates and the geometrically projected coordinates on the image plane of known reference points. Phase one is camera-dependent, and in some systems may be unnecessary. Phase two is concerned with a generic model that includes 12 extrinsic variables and up to five intrinsic parameters. General methods handling additional constraints on the intrinsic variables in a manner consistent with explicit satisfaction of all six constraints on the orthogonal rotation matrix are presented. The use of coplanar and noncoplanar calibration points is described     

Depth recovery and affine reconstruction under camera pure translation

This paper addresses the problems of depth recovery and affine reconstruction from two perspective images, which are generated by an uncalibrated translating camera. Firstly, we develop a new constraint that the homography for the plane, which is orthogonal to the optical axis, is determined only by the epipole and the plane's relative distance to the origin under camera pure translation. The algorithm of depth recovery is based on this new constraint, and it can successfully avoid the step of camera calibration. With the recovered depth, we show that affine reconstruction can be obtained readily. The proposed affine reconstruction does not need any control points, which were used to expand the affine coordinate system in existing method. Therefore, it could avoid the step of non-planarity verification as well as the errors from the control points. Error analysis is also presented to evaluate the uncertainty for the recovered depth value. Finally, we have tested the proposed algorithm with both simulated data and real image data. And the results show that the proposed algorithm is accurate and practical.     

A robust projection plane selection strategy for UAV image stitching

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are the most popular way to collect ground data today, thanks to their low cost and matchless convenience. However, UAVs are prone to unstable flight poses because they are so light in weight, which has resulted in a new challenge for UAV image stitching. In this paper, we propose a robust approach to stitch UAV images captured from approximately planar scenes without pose parameters assistance. The key idea of the proposed framework lies in an effective projection plane selection strategy, which is capable of resisting the perspective distortion from existing pose-perturbed images. To select a reasonable reference image as the projection plane, we first divide all the images into two groups (stable group and unstable group) according to their registration error under the affine model. Then, a specifically designed approach is used to define a weighted topological graph, which guarantees that the reference image is selected from the stable group while maintaining a global minimum accumulated registration error. Based on our cost topological graph, each unstable group image is locally attached to a stable group image via a homography. Finally, alignment parameters of all the stable group images are solved using affine model, after which global optimization is performed on the model of both groups. Comparing our results to those of the conventional approaches indicates that our proposed approach produced superior results in several challenging experiments involving both qualitative and quantitative evaluation.