专利名称：一种多相机系统的加权标定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机视觉的运动捕捉、动作数据采集和分析等领域。
背景技术：
多相机(包括多摄像机或多照相机)系统广泛应用于影视和游戏制作中的运动捕捉，体育训练、比赛和转播中的动作分析，以及医学康复训练中的步态分析等领域。多相机系统的标定，即确定各个相机的内、外参数，是多相机系统进行高效可靠工作不可或缺的重要步骤。经典的多相机系统标定方法多是借助三维标定块或二维平面标定板(Zhang Z Y.A flexible new technique for camera calibration, IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence 22 (11) (2000) 1330 - 1334)实现标定，但这些标定物存在自身 遮挡，无法从多个视角同时观测到标定物，因而无法一次性地标定多相机系统，且会引入累积误差。Zhang提出的一维标定方法(Zhang Z Y.Camera calibration withone-dimensional objects, in: Proc.European Conf.Computer Vision, vol.4, pp.161-174，2002)，由于一维标定物不存在自身遮挡，特别适合多相机系统。但现有的一维标定方法主要讨论如何降低一维标定物的运动约束，实际使用中亟需解决的实用性差、精度低等问题未得到应有的重视，因而难以实际应用。
实用新型内容为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种较为实用的、高精度多相机系统的标定装置。一种多相机系统的加权标定装置，标定部件位于多相机系统的工作区域内，标定部件与标定部件底座铰链或万向节连接，且连接的运动中心位于标定部件的直杆的中心线上，即与标志点共线；标定部件底座装配有用来驱动标定部件做绕固定点转动的电机；所述的标定部件由一个直杆串三个以上的球形标志物构成，球形标志物的球心位于直杆的中心线上，球心之间的距离已知且保持固定；取标定部件上的球形标志物的球心做标志点，并将球形标志物设置成单色色彩。进一步，三自由度运动平台，与标定部件底座固连。应用本实用新型的方法包括以下步骤:步骤1:令标定部件在工作区域内自动地做绕固定点的转动，多相机系统中的各个相机同步地拍摄标定物转动的视频或图像序列，将拍摄的标定部件的视频或图像序列输入计算机；步骤2:同一时刻不同相机拍摄的各帧图像构成一组图像对应，对应于标定部件在该时刻的位姿，标定部件上某一标志点在一组图像对应中的图像坐标构成一组点对应，具有多个标志点的标定部件转动多次，得到多组点对应；从输入的视频或图像序列提取标志点，建立点对应；步骤3:对于多相机系统中每个相机，使用步骤2提取出的标志点的图像坐标，利用基于加权的方法标定相机内参数；步骤4:利用标志点的图像坐标及步骤3得到的内参数根据多视几何标定多相机系统的外参数。进一步，所述的利用基于加权的方法标定相机内参数，针对每个相机，根据标定部件上标志点间的距离信息和标志点的图像坐标估计标志点的相对深度，并且在计算相对深度时选取标志点深度的最小值作为参照，然后利用相对深度构造权系数对关于绝对二次曲线的像的约束方程进行加权，从而估计出绝对二次曲线的像，进而确定相机的内参数。进一步，所述的基于加权的方法标定相机内参数，包括如下步骤:I)估计标定部件上标志点的相对深度:对标志点的图像坐标进行归一化预处理，然后根据交比不变量构造关于标志点深度的约束方程，求解后选取标志点深度的最小值作为参照计算相对深度；2)利用加权思想构造并求解关于绝对二次曲线的像的加权约束方程:根据标定部件上的标志点之间的距离已知，构造相机对应的绝对二次曲线的像的约束方程组，利用相对深度构造权系数对该方程组进行加权，进而估计出相机对应的绝对二次曲线的像；3)确定相机的内参数:根据相机对应的绝对二次曲线的像利用乔里斯基分解得到相机的内参数。进一步，所述的根据多视几何标定多相机系统外参数的方法包括:利用得到的相机内参数对标志点的图像坐标进行规范化，然后选择一个相机作为参照，利用计算机视觉中的多视几何分别计算参照相机与多相机系统中其余每一个相机的本质矩阵，对本质矩阵进行分解得到其余相机相对参照相机的外参数，从而标定出多相机系统的外参数。进一步，基于加权的方法标定相机内参数的过程包括以下步骤:I)估计标定部件上标志点的相对深度；对于多相机系统中的第i个相机，对步骤2得到的标志点的图像坐标Xniu,其中m=l, 2,…，M，i=l,2,…，I，j=l，2，3 ;进行数据归一化，得到归一化的图像坐标1-，其中m=l, 2，*..,Μ, i=l, 2，…，I, j=l, 2，3,然后根据交比这一射影变换的不变量构造关于标志点
在空间中的深度的线性约束方程:
权利要求1.一种多相机系统的加权标定装置，其特征在于: 标定部件位于多相机系统的工作区域内，标定部件与标定部件底座铰链或万向节连接，且连接的运动中心位于标定部件的直杆的中心线上，即与标志点共线；标定部件底座装配有用来驱动标定部件做绕固定点的转动的电机； 所述的标定部件由一个直杆串三个以上的球形标志物构成，球形标志物的球心位于直杆的中心线上，球心之间的距离已知且保持固定；取标定部件上的球形标志物的球心做标志点，并将球形标志物设置成单色色彩。
2.根据权利要求1所述的一种多相机系统的加权标定装置，其特征在于: 还设有三自由度运动平台， 与标定部件底座固连。
专利摘要一种多相机系统加权标定装置涉及计算机视觉的运动捕捉、动作数据采集和分析等领域。标定部件位于多相机系统的工作区域内，标定部件与标定部件底座铰链或万向节连接，且连接的运动中心位于标定部件的直杆的中心线上，即与标志点共线；标定部件底座装配有用来驱动标定部件做绕固定点的转动的电机；所述的标定部件由一个直杆串三个以上的球形标志物构成，球形标志物的球心位于直杆的中心线上，球心之间的距离已知且保持固定；取标定部件上的球形标志物的球心做标志点，并将球形标志物设置成单色色彩。本实用新型具有较为实用、标定精度高、自动化程度高等特点，大大提高多相机系统的标定精度和效率。
文档编号G06T7/00GK203102374SQ20122069690
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月15日 优先权日2012年12月15日
发明者王亮, 王伟伟, 居鹤华 申请人:北京工业大学