[發明專利]基于進化算法的多攝像機高精度自動標定方法

有效

• 申請號: 202110353589.3
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113160325B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張立華;蘇柳楨;林野;張沛軒;邢警
• 申請（專利權）人: 長春博立電子科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/215;G06T7/246;G06V10/75;G06V10/762;G06V10/82;G06N3/02;G06N3/12
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 馬寶來

基于進化算法的多攝像機高精度自動標定方法屬于相機標定技術領域。本發明首次通過人體的軀干而不是頭腳點位置來回歸和聚類消失點和消失線，增強了基于行人檢測的消失點估計方法的魯棒性，能降低了在人體姿態變化大的場景中攝像機自標定的誤差。本發明使用基于進化算法的多攝像機參數聯合優化方法，有效地降低了攝像機標定參數中由重投影誤差和對稱轉移誤差所組成的幾何誤差，能為視頻監控等高級視覺應用提供精確的標定參數。

技術領域

本發明屬于相機標定技術領域，特別是涉及到一種基于進化算法的多攝像機高精度自動標定方法。

背景技術

相機標定是計算機視覺應用中的一項基本任務。相機標定的目的是求出相機的內參，外參，以及畸變參數，由此來建立確定三維空間點的坐標與其在圖像中對應點之間的相互關系的相機成像的幾何模型。為了實現從物理空間到虛擬空間三維位置的準確映射，除了相機焦距、圖像中心點等攝像機內部參數外，還需要得到攝像機的準確位置和方向。因此相機的內參可以在相機部署前完成，但在許多場景中外部參數需要在實際場景中現場確定。

傳統相機標定法使用尺寸已知的標定物，通過建立標定物上坐標已知的點與其圖像點之間的對應，來獲得相機模型的內外參數。但在視頻監控等相機固定的攝像機場景中，制作滿足要求的標定物并在攝像機視角下進行標定是非常困難的。因此，研究者們對靈活性強、在實際應用中更簡單便捷的相機自動標定方法開展了廣泛的研究。自標定方法主要利用場景中一些平行或正交的場景約束信息來估計相機參數，其中，基于消失點和消失線的自標定方法是目前被廣泛應用的一種自標定方法。

在監控安防、體育競賽等許多攝像機的實際應用場景中，常常有行人行走在場景中，因此利用行人來估計消失點進而計算相機參數是一種不需要標定物、適用范圍較廣的攝像機自標定方法。這類方法通常只需要一段行人在場景中行走的視頻作為輸入。目前，大多數基于行人檢測的自標定方法假設行人垂直于地面，然后利用行人頭和腳的位置來估計消失點和水平線。但由于消失點的幾何特性和消失點與相機參數的對應關系，這類方法通常需要假設除焦距以外的相機內部參數已知，加上消失點估計中存在的噪聲，所得到的相機標定結果中通常存在較大的重投影誤差。

多攝像機系統在視頻監控等計算機視覺應用中發揮著重要的作用。多攝像機系統自動標定的目標是求取至少有兩兩視角重疊的多個相機的相機參數。多攝像機自動標定任務是一個具有挑戰性的問題，因為它還要求同時構建空間中三維點與多個相機像素坐標系之間的關系，相較于單相機自標定而言這顯著地增加了標定的難度。目前大多數基于行人檢測的多攝像機自動標定方法魯棒性能有限，標定結果的重投影誤差和對稱轉移誤差等幾何誤差較大，有待進一步改進。

現有的基于消失點估計的單相機自標定技術：

通過估計三個方向的消失點來求解相機參數是一種有效的自動標定方法。Lv等人設計了一種方法，首次將場景中運動的行人用于相機自標定。人的行走是一個周期性的運動，該方法假設在人步行周期的同一階段人的形狀和身高是相同的，然后基于該假設，使用人在兩腿交叉時候人體的頭和腳的位置來完成相機自標定。如圖1所示，該方法通過檢測行人的頭和腳的位置來自動地估計水平消失線和豎直方向上的消失點，然后根據圖像中的主點位置與消失點、水平消失線的幾何關系求取三個方向上的三個消失點，最后根據三個消失點的幾何屬性計算相機參數。

在Lv等人所提出的基于場景中行人進行自標定方法的基礎上，一些研究者提出了一些改進方法以提高這種自標定方法的性能，例如利用Levenberg-Marquardt算法對參數進行了非線性優化、利用貝葉斯概率建模來處理自標定過程中的測量噪聲與異常值、利用全局最小二乘法求解超定方程組以降低噪聲。