[發明專利]一種用于高清智能網絡攝像機的攝像頭標定方法

有效

• 申請號: 201110021283.4
• 申請日: 2011-01-19
• 公開（公告）號: CN102075736A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 賀才廣;孫曉艷;趙雄
• 申請（專利權）人: 北京藍色星際軟件技術發展有限公司
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G06T7/00
• 代理公司: 北京博圣通專利事務所 11238
• 代理人: 楊非;黃薇

技術領域

本發明屬于視頻圖像分析技術領域，特別是指一種高清智能網絡攝像機的攝像頭標定方法。

背景技術

當前，隨著視頻監控系統逐步向數字化、網絡化、高清化、智能化方向發展，高清智能網絡攝像機已經受到越來越多的各個領域用戶的青睞。高清智能網絡攝像機通常由CAPUTRE(視頻捕捉單元)、2A(自動白平衡、自動曝光處理單元)、DSP(視頻處理單元)；IP(網絡傳輸單元)等部分構成。

在智能化分析過程中，為了對目標準確跟蹤，需要知道圖像上顯示的物體在實際場景中真實大小。為此需要對一個數學模型進行實驗計算來確定反映圖像上位置與空間物體表面相應點的幾何關系的攝像機參數，這個實驗與計算過程即為標定。在對攝像機標定后，就可以由得到的標定矩陣進行行為分析等處理。例如：可以得到物體的世界高度、攝像機高度、物體運動速度等。在攝像機標定前需要選擇攝像機模型，模型分為線性(針孔)模型和非線性模型兩種。

線性攝像機模型的自標定是計算機視覺領域研究的熱點之一，它不考慮鏡頭畸變等因素，目前的普遍使用的方法就其本質而言，均是基于絕對二次曲線或其對偶絕對二次曲線方法。

而非線性攝像機模型考慮鏡頭畸變，但其較復雜及目前監控場景的實際需求，就不考慮這種非線性模型。在選擇好攝像機模型后，如何確定攝像機內外參數，即建立一個能把圖像與世界坐標系的對應關系聯系起來的模型將是標定的關鍵。

攝像機的標定可分為三類：傳統的攝像機標定方法、主動視覺攝像機標定方法、攝像機自標定方法。

傳統標定方法的優點是，可以使用于任意的攝像機模型，標定精度高；缺點是標定過程復雜，需要高精度的已知結構信息，在實際應用中很多情況下無法使用標定塊。代表性的方法包括：Abdal-Aziz和Karara于70年代初提出了直接線性變換像機定標的方法，他們從攝影測量學的角度深入的研究了像機圖像和環境物體之間的關系，建立了像機成像幾何的線性模型，這種線性模型參數的估計完全可以由線性方程的求解來實現；80年代中期Tsai提出的基于RAC的定標方法是計算機視覺像機定標方面的一項重要工作，該方法的核心是利用徑向一致約束來求解除(像機光軸方向的平移)外的其它像機外參數，然后再求解像機的其它參數。基于RAC方法的最大好處是它所使用的大部分方程是線性方程，從而降低了參數求解的復雜性，因此其定標過程快捷、準確；1999年張正友的平面標定方法是介于傳統標定方法和自標定方法之間的一種方法，它既避免了傳統方法設備要求高，操作繁瑣等缺點，又較自標定方法精度高，符合辦公、家庭使用的桌面視覺系統(DVS)的標定要求，張正友的平面標定的方法是需要確定模板上點陣的物理坐標以及圖像和模板之間的點的精確匹配，這給不熟悉計算機視覺的使用者帶來了不便。還有一些如圓標定及平行圓標定方法等。

主動視覺攝像機標定模型優點是，通常可以線性求解，魯棒性比較高；缺點是不能使用于攝像機運動未知和無法控制的場合。這類方法典型代表包括：基于平面單應矩陣的正交運動方法及基于外極點的正交運動方法。這兩種主動視覺標定方法與最經典的主動視覺標定方法(馬頌德的三正交運動法)相比，具有如下優點：照相機的二正交運動比三正交運動更容易實現；可以求解攝像機的所有5個內參數，馬頌德的方法可以求解4個內參數。

攝像機自標定模型優點是，僅需要建立圖像之間的對應，靈活性強，潛在應用范圍廣；缺點是魯棒性不高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高清智能網絡攝像機的攝像頭標定方法，它可通過一個人站在至少三個不同位置及一條水平直線建立高度投影模型和水平投影模型對攝像機進行標定。本發明采用一種魯棒性高、且簡單有效的方法來建立圖像到地平面間的攝像投影模型，從而達到對目標物準確跟蹤、去除噪聲的目的。

本發明的技術方案是：

本發明是在高清智能IPC的智能分析環節，增加一種適用于監控場景下簡單有效的攝像機標定技術。

為了求物體的高度和水平運動速度，需要建立高度投影模型和水平投影模型。

首先，本發明假定攝像機光心是圖像的中心；其次不考慮鏡頭徑向畸變和其它攝像機異常，攝像機坐標系與世界坐標系對應關系如下：(如2圖所示)

IPS坐標系下一點M坐標X_M＝(x，y，-f)，對應PCS坐標系為設OP所在光線為l，可知l包含O，M，l描述為：x＝μX_M，μ為尺度因子，l從IPCS影射到GPCS描述為：X＝μRX_M+t。具體世界坐標如下：