[發明專利]一種面向建筑數字孿生的相機外參自動標定方法及系統

有效

• 申請號: 202210217830.4
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114359412B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 王佳;周小平;馮馳原;鄭洋;傅文峰
• 申請（專利權）人: 盈嘉互聯（北京）科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06V10/74;G06K9/62
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 董艷芳

本申請提供了一種面向建筑數字孿生的相機外參自動標定方法及系統，方法包括：當相機視角轉動角度滿足預設條件時從目標圖像幀中確定出與虛擬空間世界坐標系中三個坐標軸方向分別對應的三個消失點，并根據三個消失點和相機坐標系的原點建立消失點世界坐標系；根據三個消失點在消失點世界坐標系下的消失點坐標、以及從直線檢測結果中確定的三個消失點在像素坐標系下的像素坐標，確定第一旋轉矩陣；根據消失點世界坐標系和虛擬空間世界坐標系之間的目標軸變換調整關系，對第一旋轉矩陣進行坐標變換處理以得到目標旋轉矩陣，從而跟隨動態相機的轉動，自適應的更新相機外參標定結果。

技術領域

本申請涉及建筑數字孿生技術領域，具體而言，涉及一種面向建筑數字孿生的相機外參自動標定方法及系統。

背景技術

數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。其中，建筑數字孿生是指在工程建設的應用場景中，為了更加直觀清晰的展示實體建筑的空間布局結構，工程建設人員通常會在實體建筑建成之后，構建一個能夠反映實體建筑的物理與功能特性的建筑信息模型，將構建的建筑信息模型作為實體建筑的數字孿生模型，以通過數字孿生模型來便捷性的管理實體建筑的過程。

基于此，在構建數字孿生模型/更新數字孿生模型時，常需要通過圖像目標檢測的方法，從建筑場景內拍攝到的圖片中，獲取每一個實體對象的類別和邊界位置信息，通過相機內外參完成像素坐標系與虛擬空間世界坐標系（數字孿生模型內的位置坐標符合虛擬空間世界坐標系）之間的轉換，從確定實體對象在數字孿生模型中映射的虛擬對象的真實位置。

在目前的圖像目標檢測方法中，相機外參標定結果用于完成位置坐標在相機坐標系與虛擬空間世界坐標系之間的坐標轉換功能。相機外參包括目標旋轉矩陣和平移向量，對于動態相機而言，相機位置確定，但目標旋轉矩陣會隨著相機轉動而變化，若相機外參不能隨著相機轉動而及時變化，則在相機坐標系與虛擬空間世界坐標系之間進行坐標轉換時，轉換精度會降低，導致實體對象在數字孿生模型中映射的虛擬對象的真實位置計算結果準確度下降，構建/更新的數字孿生模型中的模型信息失真。

發明內容

有鑒于此，本申請的目的在于提供一種面向建筑數字孿生的相機外參自動標定方法及系統，能夠跟隨動態相機的轉動，自適應的確定相機外參標定結果，以使位置坐標在相機坐標系與虛擬空間世界坐標系之間的坐標轉換計算結果更加準確。

本申請實施例提供的一種面向建筑數字孿生的相機外參自動標定方法，所述相機外參自動標定方法用于在虛擬空間世界坐標系下，對相機在目標圖像幀中表現出的目標旋轉矩陣進行標定；所述目標圖像幀用于表征設置于固定位置的相機以轉動后的視角拍攝到的實體建筑場景內的場景圖像，所述實體建筑場景在一虛擬空間中映射有建筑信息模型場景；所述目標旋轉矩陣用于表征所述虛擬空間世界坐標系的坐標軸與相機坐標系的坐標軸之間的相對方向；包括以下步驟：

當相機視角轉動角度滿足預設條件時，根據目標圖像幀內邊緣中的直線檢測結果，從所述目標圖像幀中確定出與所述虛擬空間世界坐標系中三個坐標軸方向分別對應的三個消失點，并根據所述三個消失點和相機坐標系的原點建立消失點世界坐標系；其中，所述消失點世界坐標系和所述虛擬空間世界坐標系中的三個坐標軸分別平行；

根據所述三個消失點在所述消失點世界坐標系下的消失點坐標、以及從所述直線檢測結果中確定的三個消失點在像素坐標系下的像素坐標，確定第一旋轉矩陣；所述第一旋轉矩陣用于表征所述消失點世界坐標系的坐標軸與相機坐標系的坐標軸之間的相對方向；

根據所述消失點世界坐標系和所述虛擬空間世界坐標系之間的目標軸變換調整關系，對所述第一旋轉矩陣進行坐標變換處理以得到所述目標旋轉矩陣，其中所述目標軸變換調整關系是根據所述目標圖像幀與虛擬空間中的建筑信息模型場景的場景圖像的相似度確定的。