以待标定鱼眼相机近似垂直棋盘格获取的单张影像为对象,综合利用多种几何约束分阶段求解鱼眼相机参数初值并进行全局优化:利用鱼眼图像轮廓对称性计算得到准确的相机主点位置(u₀,v₀),并通过轮廓外接矩形扫描搜索巧妙回避了黑色背景下的轮廓点检测困难;精确拟合棋盘格两组互相垂直平行直线在鱼眼图像上投影椭圆,计算椭圆交点并将其反投影到单位球面获得平行直线灭点,根据灭点方向正交约束得到相机等效焦距初值(f_x,f_y)及旋转矩阵角度初值;利用径向对准约束及棋盘格角点信息先线性求解平移矢量(t_x,t_y)初值,进而建立一元二次方程求解平移矢量t_z初值,最后通过最小化棋盘格角点重投影误差对除主点外的全部相机参数进行全局优化,并利用优化参数对鱼眼图像实施立方盒展开纠正。对海康威视两种型号(视野范围不同)定焦鱼眼相机的标定及其影像纠正试验结果表明,本文方法重投影均方根误差(RMSE)小于1/3 pixel,标定参数对鱼眼图像不同区域的平面透视纠正效果总体上较稳健,中心区域纠正效果略优于边缘处,纠正影像上棋盘格角点直线拟合RMSE均小于0.7 pixel,效果明显优于网上标定工具箱结果,具有较好的应用价值。

海上星光导航是航海中一种重要的自主导航技术，星图识别是其关键步骤。针对船载鱼眼相机星光导航系统超大视场带来的单幅图像数据量大、识别冗余、识别效率低等问题，提出了一种基于圆形视场分割的鱼眼相机星图识别方法。对于拍摄到的星图，利用同心圆将视场分割成若干个面积相等的环形和圆形区域；在构造导航星特征库的过程中，以星角距为特征构造散列函数，将导航特征库分段存储成若干个子库；在识别过程中，利用基于中心星的多三角形识别算法，从视场中心圆形区域开始依次向视场边缘环形区域进行识别。海上观测实验结果表明：该方法能够平均以2.5 s的识别时间达到90%以上的识别成功率，且具有良好的实时性。

由于鱼眼相机成像存在较大的畸变, 采用二维标定板的方法难以在图像边缘区域获得准确可靠的角点, 从而导致标定精度下降, 而传统的三维标定法存在标定场建造复杂, 特征点数目有限等问题。为此, 提出一种基于激光扫描的鱼眼相机三维标定方法。该方法首先通过激光扫描仪获取室内标定空间的三维点云图, 然后利用尺寸不变特征变换匹配方法得到点云图与待标定相机照片的对应点的匹配关系, 并进行分块随机抽样一致性(RANSAC)筛选, 再根据对应点的图像坐标和物理坐标进行三维RANSAC筛选, 估算最终的鱼眼相机内外参数。与经典的张正友标定法及其改进方法相比, 该方法能够获得更多的有效特征点, 使标定精度明显改善, 从而较好地实现鱼眼相机的畸变校正。该方法简便、精确, 有广泛的适用性。

高速高精度的几何校正是构建投影显示系统的关键环节, 对于由大量投影机组成的全景显示系统来说显得尤为重要。针对此, 提出了基于鱼眼相机的几何校正方法并给出了理论推导。该方法首先对鱼眼相机进行标定, 然后通过拍摄投影到显示墙的结构光特征条纹构建投影机与相机间的亚像素级映射关系, 进而计算出每个投影通道的几何校正数据。实验结果表明: 所提方法可为大规模全景显示系统提供高速高精度的解决方案, 具有很好的实际应用价值。

提出了一种对摄像机的径向畸变进行校正和内参数估计的单图标定方法。拍摄一幅平面标定模板图像, 提出若干条直线, 拟合在单参数除法畸变模型下的圆弧参数, 从而估计出径向畸变。对径向畸变进行校正后, 利用标定模板点与经过校正后的图像点之间的对应关系, 估计出单应性矩阵。在假定摄像机主点与畸变中心重合的条件下, 线性地计算出摄像机焦距初值。以上述线性方法得到的结果为初值, 进行非线性优化, 最终得到准确的摄像机参数。超广角鱼眼相机和普通数码相机的实验结果表明, 本文提出的算法实现简单、适用性广, 结果准确, 具有较强的实用性。