[發明專利]基于針孔攝像機模型的攝像機姿態校正方法

有效

• 申請號: 201711479924.4
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108109179B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 柳映輝
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發明涉及一種基于針孔攝像機模型的攝像機姿態校正方法，其主要技術特點是：使用同一臺攝像機以多個角度和位置拍攝標定圖像，對攝像機內參數進行標定；將攝像機置于初始狀態；拍攝圖像并計算得到攝像機外參數；計算獲取攝像機位置和姿態信息；如果誤差較大，控制調整攝像機位置和姿態。本發明設計合理，其在進行攝像機校正時，使用簡單易行的方法解算出攝像機坐標系與世界坐標系的關系，快速調整攝像機位置和姿態，滿足特定應用要求，不用額外增加實時計算量，大大提升了系統的軟件性能，也不用額外增加硬件設備，大大節省了系統成本。

技術領域

本發明屬于視頻圖像處理技術領域，尤其是一種基于針孔攝像機模型的攝像機姿態校正方法。

背景技術

在視頻圖像領域，攝像機是必不可少的設備，通過攝像機可以記錄各種需要的圖像、視頻信息。在一般應用中，攝像機與被拍攝物體之間的位置、姿態并不做特殊要求，只要拍攝清晰即可。但是在某些應用中，攝像機必須正對被拍攝的物體，且盡量位于中心位置，例如：書籍、紙質文件、博物館的藝術品拍攝電子照片時，希望攝像機正對物體，減少透視投影時因姿態引起的圖像畸變。如果依靠計算的方式實時校正圖像畸變，不僅計算量增加，還會導致計算速度變慢，不利于系統實時性指標，并且對計算機硬件有較高要求。而如果依靠各種復雜測量工具輔助安裝，則需要投入大量成本購置專業工具，浪費資金和人力，不適合在簡單場景中應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、算法簡單且不需要復雜測量工具的基于針孔攝像機模型的攝像機姿態校正方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于針孔攝像機模型的攝像機姿態校正方法，包括以下步驟：

步驟1：使用同一臺攝像機以多個角度和位置拍攝標定圖像；

步驟2：用張正友標定法建立攝像機內參數A；

步驟3：將云臺置于初始狀態，包括位置和姿態；

步驟4：拍攝1幅至少包含4個定位點的圖像，結合攝像機內參數A，計算得到攝像機外參數[R t]，攝像機外參數包含了攝像機的位置、姿態信息，其中R為矩陣，t為平移向量；

步驟5：解析外參數R＝[r1 r2]，其中r1、r2分別是攝像機坐標系u、v軸在世界坐標系中的向量值，r3＝r1×r2是攝像機坐標系n軸；T＝-[r1 r2 r3]^-1t＝-[r1 r2 r3]^Tt是攝像機坐標系原點在世界坐標系中的坐標；

步驟6：如果T向量的前兩項分量值Tx,Ty小于給定閾值，則不需要平移；否則沿著x，y方向平移-Tx,-Ty；

步驟7：如果||r1·e1-1||小于給定閾值，則將u軸向x軸靠攏；否則保持u軸不變；如果||r2·e2-1||小于給定閾值，則將v軸向y軸靠攏；否則保持v軸不變；如果||r3·e3-1||小于給定閾值，則將n軸向z軸靠攏；否則保持n軸不變，結束；

所述e1＝(1 0 0)^T是世界坐標系x軸向量值；e2＝(0 1 0)^T是世界坐標系y軸向量值；e3＝(0 0 1)^T是世界坐標系z軸向量值；

進一步，所述步驟1拍攝的標定圖像為3～5幅。

進一步，所述步驟4中的攝像機外參數有8個，需要建立8個方程，采用最小二乘法解算線性方程組。

進一步，所述步驟5的[r1 r2 r3]是單位正交陣。

進一步，在使用攝像機拍攝時，被拍攝物體必須用黑白棋盤格圖像做校正。

本發明的優點和積極效果是：