一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法
【专利摘要】本发明涉及一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，该混合视觉系统包括单目摄像机和全景摄像机。该方法包括以下步骤：首先将全景摄像机图像上的棋盘角点投影到双曲面镜，获取图像中的棋盘角点对应的镜面投影点在双曲面镜坐标系下的坐标；其次计算虚拟摄像机投影平面的Xv轴和Zv轴的方向；最后确定虚拟摄像机内参数。本发明能够快速获得混合视觉系统中全景摄像机到棋盘格的外参数，对标定条件和混合视觉系统的空间配置关系要求低，使用灵活。
【专利说明】一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器视觉【技术领域】，特别是一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，由于单目摄像机和全景摄像机构成的混合视觉系统吸引很多学者的关注。他集合了单目摄像机分辨率大，成像清晰的优点和全景摄像机视场大，获得场景信息量大的长处，同时又克服了单目摄像机视场小和全景摄像机分辨率低的缺点，具有广泛的发展前景。通常将全景摄像机安装在机器人顶部，单目摄像机安装在前端，实现如物体识别、物体跟踪、3D建模和姿态识别等功能。混合视觉还在医学上用于病人康复训练，手语识别和盲人引导系统等。
[0003]为了将单目摄像机和全景摄像机拍摄的信息统一起来，需要对混合视觉系统进行标定。其中建立全景摄像机到棋盘格坐标系的外参数是标定的关键，现有的方法主要有两种:一种是利用优化方法得到参数化的全景摄像机模型，然后在此基础上对标定板到全景摄像机的投影关系进行建模，以投影误差最小为目标利用迭代优化求解外参数；另一种方法是提前设定全景摄像机理想方位，计算该位置的成像，人为调整全景摄像机折反射镜的位置，使实际成像与预设成像重合，进而可以得到全景摄像机到标定箱表面的外参数矩阵。
[0004]现有标定方法存在如下缺点:
[0005]1、混合视觉系统外参数求解方法多依赖于优化，优化方法有一定局限性，需要合理的初值；
[0006]2、现有的标定方法对标定板的位置有特殊的要求，例如标定板与摄像机轴线垂直，标定板必须放于已知的理想位置；
[0007]3、现有混合视觉系统中两个摄像机的相互关系有所要求，给实际应用带来诸多不便。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，该方法可以使混合视觉系统标定时对标定条件和两摄像机的空间配置关系要求变低，使用灵活，提闻标定精度闻和标定效率。
[0009]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，该混合视觉系统包括单目摄像机和全景摄像机，其特征在于:包括如下步骤，
[0010]步骤S1:建立并定义各坐标系；
[0011]步骤S2:将全景摄像机图像上的棋盘角点投影到双曲面镜，获取图像中的棋盘角点对应的镜面投影点在双曲面镜坐标系下的坐标；
[0012]步骤S3:计算虚拟摄像机投影平面的Xv轴和Zv轴的方向；
[0013]步骤S4:确定虚拟摄像机的内参数。[0014]在本发明实施例中，所述步骤SI具体过程如下，
[0015]建立并定义世界坐标系Ow-XwYwZw、全景摄像机坐标系C^-XAZ。、双曲面镜坐标系On1-XniYniZ1^单目摄像机坐标系Op-XpYpZp以及虚拟摄像机坐标系Ov-XvYvZv，所述虚拟摄像机坐标系的原点Ov与双曲面镜坐标系的原点O111重合。
[0016]在本发明实施例中，所述步骤S2具体过程如下，
[0017]根据全景摄像机的内参数和双曲面镜的镜面参数，获取图像中的棋盘角点对应的镜面投影点在双曲面镜坐标系下的坐标[Xmi Yffli Zffli]τ,
【权利要求】
1.一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，该混合视觉系统包括单目摄像机和全景摄像机，其特征在于:包括如下步骤， 步骤S1:建立并定乂各坐标系； 步骤S2:将全景摄像机图像上的棋盘角点投影到双曲面镜，获取图像中的棋盘角点对应的镜面投影点在双曲面镜坐标系下的坐标； 步骤S3:计算虚拟摄像机投影平面的Xv轴和Zv轴的方向； 步骤S4:确定虚拟摄像机的内参数。
2.根据权利要求1所述的一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，其特征在于:所述步骤SI具体过程如下， 建立并定义世界坐标系Ow-XwYwZw、全景摄像机坐标系0。-^、双曲面镜坐标系On1-XniYniZ1^单目摄像机坐标系Op-XpYpZp以及虚拟摄像机坐标系Ov-XvYvZv，所述虚拟摄像机坐标系的原点Ov与双曲面镜坐标系的原点O111重合。
3.根据权利要求2所述的一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，其特征在于:所述步骤S2具体过程如下， 根据全景摄像机的内参数和双曲面镜的镜面参数，获取图像中的棋盘角点对应的镜面投影点在双曲面镜坐标系下的坐标[Xmi Yffli Zffli]τ,
4.根据权利要求3所述的一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，其特征在于:所述虚拟摄像机投影平面的Xv轴和Zv轴的方向的计算方法具体如下， 步骤S41:计算Xv轴的方向， 设置虚拟摄像机的轴线位于投影光线所在的部分，计算每一条光线相对于Xm轴的逆时针角度，并用a i表示，
5.根据权利要求4所述的一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，其特征在于:所述虚拟摄像机的内参数的确定方式如下， 设定虚拟摄像机的内参数为单位矩阵，即
6.根据权利要求5所述的一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，其特征在于:该方法适用于计算虚拟摄像机坐标系到世界坐标系的旋转矩阵Rv2w与平移矩阵Tv2w的求解，以便于求解双曲面镜坐标系到世界坐标系的旋转矩阵Rm2w和平移矩阵Tm2w。
7.根据权利要求6所述的一种混合视觉系统标定中虚拟摄像机的确定方法，其特征在于:所述双曲面镜坐标系到世界坐标系的旋转矩阵Rm2w和平移矩阵Tm2w求解公式如下，
【文档编号】G06T7/00GK103593854SQ201310637284
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】何炳蔚, 林昌 申请人:福州大学