[發明專利]一種云臺相機主動標定方法

在審

• 申請號: 202111173175.9
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113989382A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張小剛;楊峰;陳華;王煉紅;顏文檳
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉加

一種云臺相機主動標定方法，包括利用云臺相機對某個至少有兩條直線的3D場景進行拍攝，旋轉云臺相機，采集不少于三張圖片，并確定3D場景中的直線在當前圖片像素坐標系下的直線方程；包括根據云臺相機的旋轉角度，確定采集到的圖片的坐標系以及前后圖片中同一點的數學關系，得到前后圖片之間點的直接投影關系式，利用前后圖片中直線上的點的約束性，將前后圖片之間點的直接投影關系式與其約束項進行整合、簡化；還包括根據直線上的點、點之間的投影關系及找到的直線對，確定關于相機內參的線性方程，結合所有線性方程，計算得到云臺相機的四個內參。本發明利用直線對的位置信息來完成云臺相機內參的計算，方便、快捷、精確度高。

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，尤其指一種云臺相機主動標定方法。

背景技術

在3D計算機視覺應用中，我們需要計算3D世界如何投影到2D圖像上，因此，相機標定是許多3D計算機視覺應用中必不可少的步驟，通常，相機標定不僅估計相機在每個方向上的焦距，而且還在估計主光軸與感光芯片的交點?，F有的相機標定方法可以分為兩大類：1)靜態標定方法，這類方法通常需要使用一些已知具體尺寸的棋盤格，LED之類的對象，在保證相機靜止的情況下，改變這些物體的位姿，并通過它們在圖像上的投影來估計相機內參。2)主動標定方法，這類方法不需要3維場景的任何信息，在保證場景靜止的情況下，改變相機的位姿，從同一攝像機不同視角拍攝的多幅圖像中匹配點的信息，標定相機。

由于云臺相機工作于大場景環境中，為了能夠清晰的拍攝遠近場景，需要經常變倍變焦，這會導致其內參發生變化，因而需要高頻率的標定才能保證其正常工作。然而，現有的這些方法都存在一些缺點，靜態標定方法，標定過程需要人為參與，耗時久且如果相機安裝在一些無法放置或不方便放置標定物的特殊環境中則無法使用。主動標定方法，對特征點定位的精度低，進而導致整體誤差大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種方便快捷、可以有效提高標定精度的云臺相機主動標定方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方法：一種云臺相機主動標定方法，包括以下步驟：

步驟一、利用云臺相機對某個至少有兩條直線的場景進行拍攝，旋轉云臺相機，采集不少于三張圖片，并確定3D場景中的直線在當前圖片像素坐標系下的直線方程；

步驟二、根據云臺相機的旋轉角度，確定采集到的圖片的坐標系以及前后圖片中同一點的數學關系，得到前后圖片之間點的直接投影關系式，利用前后圖片中所述直線上的點的約束性，將所述前后圖片之間點的直接投影關系式與其約束項進行整合、簡化；

步驟三、根據所述直線上橫坐標為c_x的點或縱坐標為c_y的點、點之間的投影關系以及找到的直線對，確定關于相機內參的線性方程，結合所有線性方程，計算得到云臺相機的四個內參f_x、f_y、c_x和c_y。

進一步地，步驟一中，所述3D場景中有兩條邊為直線，所述云臺相機采集得到的圖片為三張，所述云臺相機拍攝完第一張圖片后，圍繞y軸旋轉θ_p拍攝第二張圖片，再圍繞x軸旋轉θ_t拍攝第三張圖片。

進一步地，步驟一中，確定3D場景中的兩條直線分別在三張圖片的像素坐標系下的直線方程，其中：

兩條直線在第一張圖片的像素坐標系下的直線方程分別為：

V＝a₀₀U+b₀₀ (1)

V＝a₀₁U+b₀₁ (2)

兩條直線在第二張圖片的像素坐標系下的直線方程分別為：

V＝a₁₀U+b₁₀ (3)