[實用新型]一種多相機系統的加權標定裝置

有效

• 申請號: 201220696901.5
• 申請日: 2012-12-15
• 公開（公告）號: CN203102374U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 王亮;王偉偉;居鶴華
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本實用新型涉及計算機視覺的運動捕捉、動作數據采集和分析等領域。

多相機（包括多攝像機或多照相機）系統廣泛應用于影視和游戲制作中的運動捕捉，體育訓練、比賽和轉播中的動作分析，以及醫學康復訓練中的步態分析等領域。多相機系統的標定，即確定各個相機的內、外參數，是多相機系統進行高效可靠工作不可或缺的重要步驟。

經典的多相機系統標定方法多是借助三維標定塊或二維平面標定板(Zhang?Z?Y.?A?flexible?new?technique?for?camera?calibration,?IEEE?Transactions?on?Pattern?Analysis?and?Machine?Intelligence?22?(11)?(2000)?1330–1334)實現標定，但這些標定物存在自身遮擋，無法從多個視角同時觀測到標定物，因而無法一次性地標定多相機系統，且會引入累積誤差。Zhang提出的一維標定方法（Zhang?Z?Y.?Camera?calibration?with?one?dimensional?objects.?in:?Proc.?European?Conf.?Computer?Vision,?vol.?4,?pp.?161?174,?2002），由于一維標定物不存在自身遮擋，特別適合多相機系統。但現有的一維標定方法主要討論如何降低一維標定物的運動約束，實際使用中亟需解決的實用性差、精度低等問題未得到應有的重視，因而難以實際應用。

為克服現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種較為實用的、高精度多相機系統的標定裝置。

一種多相機系統的加權標定裝置，

標定部件位于多相機系統的工作區域內，標定部件與標定部件底座鉸鏈或萬向節連接，且連接的運動中心位于標定部件的直桿的中心線上，即與標志點共線；標定部件底座裝配有用來驅動標定部件做繞固定點轉動的電機；

所述的標定部件由一個直桿串三個以上的球形標志物構成，球形標志物的球心位于直桿的中心線上，球心之間的距離已知且保持固定；取標定部件上的球形標志物的球心做標志點，并將球形標志物設置成單色色彩。

進一步，三自由度運動平臺，與標定部件底座固連。

應用本實用新型的方法包括以下步驟：

應用本實用新型的方法包括以下步驟：

步驟1：令標定部件在工作區域內自動地做繞固定點的轉動，多相機系統中的各個相機同步地拍攝標定物轉動的視頻或圖像序列，將拍攝的標定部件的視頻或圖像序列輸入計算機；

步驟2：同一時刻不同相機拍攝的各幀圖像構成一組圖像對應，對應于標定部件在該時刻的位姿，標定部件上某一標志點在一組圖像對應中的圖像坐標構成一組點對應，具有多個標志點的標定部件轉動多次，得到多組點對應；從輸入的視頻或圖像序列提取標志點，建立點對應；

步驟3：對于多相機系統中每個相機，使用步驟2提取出的標志點的圖像坐標，利用基于加權的方法標定相機內參數；

步驟4：利用標志點的圖像坐標及步驟3得到的內參數根據多視幾何標定多相機系統的外參數。

進一步，所述的利用基于加權的方法標定相機內參數，針對每個相機，根據標定部件上標志點間的距離信息和標志點的圖像坐標估計標志點的相對深度，并且在計算相對深度時選取標志點深度的最小值作為參照，然后利用相對深度構造權系數對關于絕對二次曲線的像的約束方程進行加權，從而估計出絕對二次曲線的像，進而確定相機的內參數。

進一步，所述的基于加權的方法標定相機內參數，包括如下步驟：

1)?估計標定部件上標志點的相對深度：對標志點的圖像坐標進行歸一化預處理，然后根據交比不變量構造關于標志點深度的約束方程，求解后選取標志點深度的最小值作為參照計算相對深度；

2)?利用加權思想構造并求解關于絕對二次曲線的像的加權約束方程：根據標定部件上的標志點之間的距離已知，構造相機對應的絕對二次曲線的像的約束方程組，利用相對深度構造權系數對該方程組進行加權，進而估計出相機對應的絕對二次曲線的像；

3)?確定相機的內參數：根據相機對應的絕對二次曲線的像利用喬里斯基分解得到相機的內參數。

3)?確定相機的內參數：根據相機對應的絕對二次曲線的像利用喬里斯基分解得到相機的內參數。