一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法
【專利摘要】本發明涉及一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，該混合視覺系統包括單目攝像機和全景攝像機。該方法包括以下步驟：首先將全景攝像機圖像上的棋盤角點投影到雙曲面鏡，獲取圖像中的棋盤角點對應的鏡面投影點在雙曲面鏡坐標系下的坐標；其次計算虛擬攝像機投影平面的Xv軸和Zv軸的方向；最后確定虛擬攝像機內參數。本發明能夠快速獲得混合視覺系統中全景攝像機到棋盤格的外參數，對標定條件和混合視覺系統的空間配置關系要求低，使用靈活。
【專利說明】一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器視覺【技術領域】，特別是一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法。
【背景技術】
[0002]近些年來，由于單目攝像機和全景攝像機構成的混合視覺系統吸引很多學者的關注。他集合了單目攝像機分辨率大，成像清晰的優點和全景攝像機視場大，獲得場景信息量大的長處，同時又克服了單目攝像機視場小和全景攝像機分辨率低的缺點，具有廣泛的發展前景。通常將全景攝像機安裝在機器人頂部，單目攝像機安裝在前端，實現如物體識別、物體跟蹤、3D建模和姿態識別等功能。混合視覺還在醫學上用于病人康復訓練，手語識別和盲人引導系統等。
[0003]為了將單目攝像機和全景攝像機拍攝的信息統一起來，需要對混合視覺系統進行標定。其中建立全景攝像機到棋盤格坐標系的外參數是標定的關鍵，現有的方法主要有兩種:一種是利用優化方法得到參數化的全景攝像機模型，然后在此基礎上對標定板到全景攝像機的投影關系進行建模，以投影誤差最小為目標利用迭代優化求解外參數；另一種方法是提前設定全景攝像機理想方位，計算該位置的成像，人為調整全景攝像機折反射鏡的位置，使實際成像與預設成像重合，進而可以得到全景攝像機到標定箱表面的外參數矩陣。
[0004]現有標定方法存在如下缺點:
[0005]1、混合視覺系統外參數求解方法多依賴于優化，優化方法有一定局限性，需要合理的初值；
[0006]2、現有的標定方法對標定板的位置有特殊的要求，例如標定板與攝像機軸線垂直，標定板必須放于已知的理想位置；
[0007]3、現有混合視覺系統中兩個攝像機的相互關系有所要求，給實際應用帶來諸多不便。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，該方法可以使混合視覺系統標定時對標定條件和兩攝像機的空間配置關系要求變低，使用靈活，提聞標定精度聞和標定效率。
[0009]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，該混合視覺系統包括單目攝像機和全景攝像機，其特征在于:包括如下步驟，
[0010]步驟S1:建立并定義各坐標系；
[0011]步驟S2:將全景攝像機圖像上的棋盤角點投影到雙曲面鏡，獲取圖像中的棋盤角點對應的鏡面投影點在雙曲面鏡坐標系下的坐標；
[0012]步驟S3:計算虛擬攝像機投影平面的Xv軸和Zv軸的方向；
[0013]步驟S4:確定虛擬攝像機的內參數。[0014]在本發明實施例中，所述步驟SI具體過程如下，
[0015]建立并定義世界坐標系Ow-XwYwZw、全景攝像機坐標系C^-XAZ。、雙曲面鏡坐標系On1-XniYniZ1^單目攝像機坐標系Op-XpYpZp以及虛擬攝像機坐標系Ov-XvYvZv，所述虛擬攝像機坐標系的原點Ov與雙曲面鏡坐標系的原點O111重合。
[0016]在本發明實施例中，所述步驟S2具體過程如下，
[0017]根據全景攝像機的內參數和雙曲面鏡的鏡面參數，獲取圖像中的棋盤角點對應的鏡面投影點在雙曲面鏡坐標系下的坐標[Xmi Yffli Zffli]τ,
【權利要求】
1.一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，該混合視覺系統包括單目攝像機和全景攝像機，其特征在于:包括如下步驟， 步驟S1:建立并定乂各坐標系； 步驟S2:將全景攝像機圖像上的棋盤角點投影到雙曲面鏡，獲取圖像中的棋盤角點對應的鏡面投影點在雙曲面鏡坐標系下的坐標； 步驟S3:計算虛擬攝像機投影平面的Xv軸和Zv軸的方向； 步驟S4:確定虛擬攝像機的內參數。
2.根據權利要求1所述的一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，其特征在于:所述步驟SI具體過程如下， 建立并定義世界坐標系Ow-XwYwZw、全景攝像機坐標系0。-^、雙曲面鏡坐標系On1-XniYniZ1^單目攝像機坐標系Op-XpYpZp以及虛擬攝像機坐標系Ov-XvYvZv，所述虛擬攝像機坐標系的原點Ov與雙曲面鏡坐標系的原點O111重合。
3.根據權利要求2所述的一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，其特征在于:所述步驟S2具體過程如下， 根據全景攝像機的內參數和雙曲面鏡的鏡面參數，獲取圖像中的棋盤角點對應的鏡面投影點在雙曲面鏡坐標系下的坐標[Xmi Yffli Zffli]τ,
4.根據權利要求3所述的一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，其特征在于:所述虛擬攝像機投影平面的Xv軸和Zv軸的方向的計算方法具體如下， 步驟S41:計算Xv軸的方向， 設置虛擬攝像機的軸線位于投影光線所在的部分，計算每一條光線相對于Xm軸的逆時針角度，并用a i表示，
5.根據權利要求4所述的一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，其特征在于:所述虛擬攝像機的內參數的確定方式如下， 設定虛擬攝像機的內參數為單位矩陣，即
6.根據權利要求5所述的一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，其特征在于:該方法適用于計算虛擬攝像機坐標系到世界坐標系的旋轉矩陣Rv2w與平移矩陣Tv2w的求解，以便于求解雙曲面鏡坐標系到世界坐標系的旋轉矩陣Rm2w和平移矩陣Tm2w。
7.根據權利要求6所述的一種混合視覺系統標定中虛擬攝像機的確定方法，其特征在于:所述雙曲面鏡坐標系到世界坐標系的旋轉矩陣Rm2w和平移矩陣Tm2w求解公式如下，
【文檔編號】G06T7/00GK103593854SQ201310637284
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】何炳蔚, 林昌 申請人:福州大學