[發明專利]多相機系統的校準、多相機系統以及校準輔助物

有效

• 申請號: 201380077493.2
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN105393170B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·魏西希;阿爾內·芬恩
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: G03B37/04
• 分類號: G03B37/04;F16M11/04;G03B17/56;G03B35/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁麗超;陳鵬

本發明涉及通過使用包括多個連接件(28)的固定器(26)對被設計為具有減小復雜性的多相機系統(14)進行校準，多個連接件中的每一個被設計為連接、適配或夾持至相機殼體(34)或透鏡(32)的配對物，具體地，固定器(26)被設計使得固定器的連接件(28)或固定器模塊(120)被固定以沿著至少一個公共空間方向(46)上相對于彼此被固定，其中，所述連接件(28)被剛性固定或被絕對固定在旋轉軸線(118)上。

技術領域

本發明涉及相機系統的校準、相機系統以及用于校準相機系統的校準輔助物(alignment aid)。

背景技術

首先，將基于圖1說明相機系統中頻繁出現的問題。圖1示出了具有相機900的全景相機系統(panoramic camera system)，它的入射光瞳(entrance pupil)902(這里，為了簡單起見，均被示出為處于相機900的物鏡的前面)被布置在公共圓圈904上，使得相機900在不同的方向上放射性地朝外定向。圖1以陰影方式示出了獨立于星狀或基于反射鏡結構而選擇的用于布置入射光瞳的臨界區(critical zone)，該臨界區是出現視差錯誤(parallaxerror)的地方，視差錯誤是由鄰近相機900的入射光瞳902的距離過大而引起的。

通常，使用反射鏡系統。從而可以在公共虛擬相機中心中的反射鏡區段后方放置所有的相機的虛擬入射光瞳(即真實入射光瞳的虛擬圖像)。如在圖2A中所示，利用這樣的定位可以得到無視差的圖片，其中C表示虛擬入射光瞳的公共位置。然而，反射鏡系統具有以下效應：相機所拍攝的子圖像沒有重疊，這會在實踐中使子圖像不可能完美地結合(即，拼接)。在早前的應用中，諸如在主題公園中，通過區段不可達到的屏幕(segmentedinaccessible screen)來對其進行包圍，這避免了產生無縫拼接圖像的必然性。然而，目前系統在技術上使用折衷的辦法，其中放置所有相機使得虛擬入射光瞳位于期望的優化中心周圍的小圓上。這在圖2B中示出，通過906表示公共中心C周圍的圓圈，虛擬入射光瞳設置有參考數字908，通過910表示反射鏡區段與虛擬入射光瞳908所處的平面的交叉點。因此，圖2B的布置沒有遭受放射方向912上的問題，其中反射鏡區段與另一個接壤，由于相機的子圖像得到了必要的重疊，不會引起視差錯誤以引起明顯限制。圖3示出了具有根據圖3的虛擬入射光瞳的布置的全景相機系統的立體圖像，其中可以看到反射鏡區段912和相關聯的相機914。

定位相機和它們的入射光瞳的準確度決定了視差的范圍，并且因此產生的無縫全景(即，拼接)必然精確。在待拍攝的場景中，只能接受視差錯誤受到特定的限制。例如，如果只有物體在拼接區域內位于遠的范圍中，則將可以接受比近范圍物體更大的視差錯誤。相應的標準是所產生的視差錯誤小于一個像素。為了保持視差錯誤足夠小以符合該標準，需要非常精確地定位虛擬入射光瞳908。這再次需要精確地定位相機，并且因此這伴隨兩個主要缺點，校準的精確性和時間消耗：

-為相機的精確的機械定位而做出的非常大的付出。

-為了所有的自由度，相機需要精確地移動并且長久地鎖定。

-不能任意地選擇旋轉自由度的旋轉中心的位置。旋轉中心理想地與入射光瞳相一致。

-改變自由度不應引起其他自由度的角度的進一步變化，即，自由度的角度相互正交。

-隨著時間推移自由度不變化，特別是還不能由震動或熱效應引起變化。

-期望位置的確定和控制。

-無法容易地直接測量由期望的虛擬中心造成的各單個相機的精確位置。通常其位于光學范圍內。

-當調整光學件時，入射光瞳的位置可能改變。

-另外，精確位置取決于剩余的光學系統，諸如反射鏡公差。

-在昂貴的測量技術的幫助下，通過基于相機圖像的視覺控制間接地執行相機中心的確定和控制。