摄影机位置确定方法及系统与流程

本发明涉及计算机视觉
技术领域：
，尤其涉及一种摄影机位置确定方法及系统。
背景技术：
：本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。视频拍摄作为虚拟现实(virtualreality，vr)技术的关键技术之一，视频的拍摄效果往往能在较大程度上影响用户的视觉体验，因而摄影机在虚拟场景中的位置、方向和视场角(fieldofvision，fov)的确定显得尤为重要。目前，为查找现实摄影机在虚拟场景中的位置，有采用如利用开源计算机视觉库(opensourcecomputervisionlibrary，简称opencv)里的棋盘查找摄影机的内参，再查找外参，耗时且局限较多，极大地限制相关技术的普及和推广。技术实现要素：鉴于此，有必要提供一种摄影机位置确定方法，以快速得到摄影机在虚拟场景中的位置。本发明提供一种摄影机位置确定方法，所述方法包括：在所述摄影机获取的影像上标定至少两个标识位；利用位置对准设备在所述摄影机的摄影近面上和摄影远面上分别对准所述至少两个标识位；获取所述位置对准设备在所述摄影近面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个近面三维坐标、在所述摄影远面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个远面三维坐标；对所述至少两个近面三维坐标和所述至少两个远面三维坐标进行几何处理得到所述摄影机的位置。进一步的，所述至少两个标识位包括第一标识位和第二标识位；所述至少两个近面三维坐标包括第一坐标、第二坐标，所述至少两个远面三维坐标包括第三坐标、第四坐标；所述第一标识位与所述第一坐标及所述第三坐标位置对应；所述第二标识位与所述第二坐标及所述第四坐标位置对应。进一步的，所述对所述至少两个近面三维坐标和所述至少两个远面三维坐标进行几何处理得到所述摄影机的位置包括：对所述第一坐标和所述第三坐标进行几何处理以得到经过所述第一坐标和所述第三坐标的第一直线；对所述第二坐标和所述第四坐标进行几何处理以得到经过所述第二坐标和所述第四坐标的第二直线；获取所述第一直线和所述第二直线的交点以得到所述摄影机的位置。进一步的，所述方法还包括：根据所述摄影机的位置得到所述摄影机在相机坐标系下的摄影机坐标；在所述至少两个标识位至影像的中心点距离相等时，利用所述摄影机坐标算取所述摄影机的视场角。进一步的，所述利用所述摄影机坐标算取所述摄影机的视场角包括：利用公式：y/v＝2*tan(fov/2)*z其中，fov表示所述摄影机的视场角；y表示摄影机在相机坐标系下的y轴分量；z表示在相机坐标系下的z轴分量；v表示在图像坐标系下，所述至少两个标识位中的一个标识位的y轴分量与所述摄像机获取的影像的中心的y轴分量差值的绝对值。进一步的，所述利用所述相机坐标系坐标算取所述摄影机的视场角包括：利用公式：x/u＝(y/v)*(cwidth/cheight)；y/v＝2*tan(fov/2)*z其中，fov表示所述摄影机的视场角；x表示摄影机在相机坐标系下的x轴分量；y表示摄影机在相机坐标系下的y轴分量；z表示在相机坐标系下的z轴分量；u表示在图像坐标系下，所述至少两个标识位中的一个标识位的x轴分量与所述摄像机获取的影像的中心的x轴分量差值的绝对值；v表示在图像坐标系下，所述至少两个标识位中的一个标识位的y轴分量与所述摄像机获取的影像的中心的y轴分量差值的绝对值；cwidth表示显示影像的宽度；cheight表示显示影像的高度。进一步的，所述根据所述摄影机的位置得到所述摄影机在相机坐标系下的摄影机坐标包括：对所述摄影机的位置进行矩阵转换处理得到所述摄影机在相机坐标系下的坐标。进一步的，所述方法还包括：利用所述第一直线和所述第二直线得到所述摄影机获取的影像的摄制方向。进一步的，“利用所述第一直线和所述第二直线得到所述摄影机获取的影像的摄制方向”包括：在所述交点与所述摄影机获取的影像的中心点位置对应，且自所述第一直线和所述第二直线形成的夹角的角平分线过所述中心点位置时，利用所述第一直线和所述第二直线的单位向量和算取所述摄影机的获取所述摄像机获取的影像的摄制方向。本发明还提供一种摄影机位置确定系统，所述系统包括：标定装置，用于在所述摄像机获取的影像上标定至少两个标识位；位置对准设备，用于在所述摄影机的摄影近面上和摄影远面上分别对准所述至少两个标识位；位置获取装置，用于获取所述位置对准设备在所述摄影近面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个近面三维坐标、在所述摄影远面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个远面三维坐标；处理装置，用于对所述至少两个近面三维坐标和所述至少两个远面三维坐标进行几何处理得到所述摄影机的位置。本发明提供的摄影机位置确定方法及系统，在摄影机获取摄像机获取的影像上确定至少两个位置任意且不相重合的至少两个标识位，之后利用位置对准设备在摄影机的摄影近面、摄影远面位置处对准标识位，在对准时即取得当前位置，所述当前位置包括世界坐标系的x轴、y轴及z轴分量。再根据取得的至少四个位置(在摄影近面两个、在摄影远面两个)求取摄影机的位置，整个过程不涉及查找摄影机的内参和外参，因而在确定摄影机的位置时更为省时，且由于用户只需利用位置对准设备对准标识位，因而降低摄影机位置确定的难度，进而降低拍摄虚拟现实视频的门槛，利于虚拟现实技术的普及和推广。进一步的，在获取得到摄影机的位置后，在所述至少两个标识位满足距影像中心等距的条件下，还可根据获取的所述至少四个三维坐标求取摄影机的视场角，用户可根据该视场角确定拍摄范围，并可利用该拍摄范围适当调整摄影机的镜头位置及方向。附图说明为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明第一实施方式的摄影机位置确定方法的流程图。图2是本发明第二实施方式的摄影机位置确定方法的流程图。图3是本发明一实施方式示例性的标识位及对准位置示意图。图4是本发明一实施方式的摄影机位置确定系统的示例性结构示意图。主要元件符号说明摄影机位置确定系统1标定装置11位置对准装置12位置获取装置13处理装置14坐标换转装置15视场角计算装置16摄制方向计算装置17如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。图1是本发明第一实施方式的摄影机位置确定方法的流程图。如图1所示，所述摄影机位置确定方法可以包括如下步骤：步骤101：在所述摄影机获取的影像上标定至少两个标识位。本实施方式中，利用所述摄影机获取影像，所述影像可以是实时反映当前摄影机的视场角中的事物变化的影像。可以理解的是，在摄影机的影像摄制过程中，可允许摄像机的光轴具有一定的仰俯(pitch)量和偏航(yaw)量，但横滚(roll)量需控制在足够小的范围内。可以理解的是，为利于后期图像处理，可使摄影机的镜头光轴保持在水平状态，且摄影机的取景画面与水平面垂直。可以理解的是，此处，所述至少两个标识位可以在所述摄影机获取的影像任意且不相重合的位置标定得到。可以理解的是，所述标定至少两个标识位可以通过如下方式得到：1)、在摄影机镜头的入光面上标记点，从而使得摄影机能够得到具有标定的标识位的影像；或者，2)、在摄影机获取影像后，通过图像处理对获取的影像进行标定，从而得到影像上显示为带有标定的标识位。在本实施方式的一具体应用例中，采用方式1)得到所述标定至少两个标识位。结合图3，如图3a所示，在摄影机镜头的入光面a上标记点p、q。可以理解的是，所述至少两个标识位均为二维标识位。步骤102：利用位置对准设备在所述摄影机的摄影近面上和摄影远面上分别对准所述至少两个标识位。本实施方式中，所述摄影近面、所述摄影远面分别为在三维空间中，与所述摄影机相距较近、较远的两个平面。可以理解的是，用户可通过虚拟显示头戴式显示器实时观察在影像中的自己，同时所述虚拟显示头戴式显示器还显示有所述至少两个标识位，用户可根据所述至少两个标识位前后在摄影近面、摄影远面之间移动，与此同时，利用位置对准设备在摄影近面、摄影远面上找到对准所述至少两个标识位的位置，并记录对准时的空间位置。可以理解的是，用户还可以通过其他显示器显示的影像去对准所述至少两个标识位。可以理解的是，就普通摄影机而言，所述摄影近面可以选择距离摄影机镜头0.1米左右的位置，所述摄影远面可以选择距离摄影机镜头4米左右的位置。步骤103：获取所述位置对准设备在所述摄影近面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个近面三维坐标、在所述摄影远面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个远面三维坐标。本实施方式中，所述位置对准设备用于在三维空间(现实环境)中，在摄影近面、摄影远面上分别找到与标识位位置对应的位置并对准，且该对准位置可以理解为在摄影机获取的影像上呈现为所述位置对准设备与所述标识位相重合。在本实施方式的一个具体应用例中，结合图3，如图3b所示，入光面a、摄影近面b及摄影远面c分别位于不同位置处。根据入光面a上标记的点p、q，用户可持位置对准设备并根据摄影机获取的影像上的对应点p、q的标识位找到对准位置，同时记录在对准时的近面三维坐标p1及q1、远面三维坐标p2、q2。可以理解的是，所述位置对准设备可以是虚拟现实跟踪设备，进一步的，所述虚拟现实跟踪设备可以是虚拟现实感应手柄。步骤104：对所述至少两个近面三维坐标和所述至少两个远面三维坐标进行几何处理得到所述摄影机的位置。本实施方式中，几何处理可以是坐标转化，也可以是相关空间直线的构建。本实施方式中，可在摄影机获取的影像上确定至少两个位置任意且不相重合的至少两个标识位，之后利用位置对准设备在摄影机的摄影近面、摄影远面位置处对准所述标识位，在对准时即取得当前位置，所述当前位置包括世界坐标系的x轴、y轴及z轴分量。再根据取得的至少四个位置(在摄影近面两个、在摄影远面两个)求取摄影机的位置，整个过程不涉及查找摄影机的内参和外参，因而在确定摄影机的位置时更为省时，且由于用户只需利用位置对准设备对准标识位，因而降低摄影机位置确定的难度，进而降低拍摄虚拟现实视频的门槛。可以理解的是，所述至少两个标识位可以同时标定，也可以在确定完一个标识位的摄影近面的位置、摄影远面的位置之后再行标定。可以理解的是，利用两个二维的标识位及相应的在摄影近面上的两个坐标、在摄影远面上的两个坐标即可获取摄影机的位置，而在两个以上的标识位时，更多的标识位及对应的坐标有助于提升获取的摄影机位置的精准度。图2是本发明第二实施方式的摄影机位置确定方法的流程图。如图2所示，本实施方式中，利用两个标识位获取四个坐标位置，以得到摄影机的位置。本实施方式的摄影机位置确定方法包括步骤：步骤201：在所述摄影机获取的影像上标定第一标识位和第二标识位。步骤202：利用位置对准设备在所述摄影机的摄影近面上和摄影远面上分别对准所述第一标识位和所述第二标识位。本实施方式中，对准第一标识位和第二标识位，可由用户手持位置对准设备并佩戴用于显示摄影机实时影像的虚拟现实头戴式显示器自行完成，且其中的虚拟现实头戴式显示器中显示的影像能够反映出用户当前的位置及标识位的位置。用户可根据虚拟现实头戴式显示器中的显示的影像找到摄影近面和摄影远面。在用户走到摄影近面时，移动手中的位置对准设备以分别对准第一标识位、第二标识位，并分别记录对准时的位置。同样的，在用户走到摄影远面时，移动手中的位置对准设备以对准第一标识位、第二标识位，并分别记录对准时的位置。可以理解的是，在一个具体应用例中，用户可手持虚拟现实手柄完成位置对准操作。步骤203：获取所述位置对准设备在所述摄影近面上对准所述第一标识位和第二标识位时得到的第一坐标和第二坐标、在所述摄影远面上对准所述第一标识位和所述第二标识位的第三坐标和第四坐标。本实施方式中，结合图3，如图3b所示，用户手持虚拟现实手柄在：摄影近面b处找到对准影像中点p、q对应的标识位位置，得到坐标p1、q1；摄影远面c处找到对准影像中点p、q对应的标识位位置，得到坐标p2、q2。步骤204：对所述第一坐标和所述第二标进行几何处理以得到经过所述第一坐标和所述第三坐标的第一直线；对所述第二坐标和所述第四坐标进行几何处理以得到经过所述第二坐标和所述第四坐标的第二直线。可以理解的是，此处的几何处理可以是对与同一标识位位置对应的在摄影近面、在摄影远面上坐标的连线，即第一坐标与第三坐标形成第一直线，第二坐标与第四坐标形成第二直线，而由于成像原理，第一直线和第二直线必然会在一点相交。本实施方式中，结合图3，如图3b所示，连接坐标p1、p2并延长得到直线l1，连接坐标q1、q2并延长得到直线l2。步骤205：获取所述第一直线和所述第二直线的交点以得到所述摄影机的位置。本实施方式中，利用第一直线和第二直线必然会相交于一点的原理获取交点位置，而该交点位置即为摄影机的位置。本实施方式中，结合图3，如图3b所示，直线l1与直线l2。图3是本发明一实施方式示例性的标识位及对准位置示意图。如图3所示，在图3a中，在摄影机镜头的入光面a中标记点p、q，可计点p的坐标为(u1，v1)，点q的坐标为(u2，v2)，其中，u表示平面坐标系的x轴分量，v表示平面坐标系的y轴分量，取中心点为(u0，v0)。此处，满足u1＝u0＝u2，v0＝(v1+v2)/2。可以理解的是，由于在入光面a上标记有点p、q，因而在摄影机获取的影像中必然有与点p、q位置对应的位置标记，而该位置标记即为标定的标识位(第一标识位、第二标识位)。在图3b中，利用位置对准设备在摄影近面b上得到三维坐标p1、q1，同样的，位置对准设备在摄影远面c上得到三维坐标p2、q2。在得到摄影近面b上的三维坐标p1、q1及摄影远面c上的三维坐标p2、q2之后，连接三维坐标p1及p2并延伸开来以得到直线l1，连接三维坐标q1及q2并延伸开来以得到直线l2，取直线l1与直线l2的交点，得到交点o，该交点o的位置即为摄影机在世界坐标系下的位置(xw，yw，zw)。此处，由于点p、q的特殊性，二者均位于入光面中心点的两侧且至中心点的距离相同，满足u1＝u0＝u2，v0＝(v1+v2)/2，故由标识位p的坐标及标识位q的坐标可知，直线l1和直线l2的角平分线必定过入光面a的中心，因而取直线l1的单位向量与直线l2的单位向量之和即为摄影机获取的影像的摄制方向。根据上述世界坐标系下的摄影机位置得到如下摄影机矩阵关系：其中，上述中r是3*3的正交单位矩阵，t是三维的平移向量，矢量0为(0，0，0)。由此得到摄影机在相机坐标下的位置(xc，yc，zc)。利用公式：yc/v＝2*tan(fov/2)*zc得到fov，其中，fov表示视场角；v表示入光面a中标识位p或q的y轴分量与v0的差的绝对值，即v＝abs(v1-v0)＝abs(v2-v0)。同理，结合上述公式，还可利用公式：xc/u＝(yc/v)*(cwidth/cheight)得到fov，其中u表示入光面a中标识位p或q的x轴分量与u0的差的绝对值，即u＝abs(u1-u0)＝abs(u2-u0)；而此处，cwidth、cheight则分别表示入光面a的宽度、高度，对应的，在显示的影像中，影像的宽度和高度之比不变。在获取得到摄影机的位置后，在所述至少两个标识位满足距影像中心等距的条件下，还可根据获取的所述至少四个三维坐标求取摄影机的视场角，用户可根据该视场角确定拍摄范围，并可利用该拍摄范围适当调整摄影机的镜头位置及获取的影像的摄制方向。本实施方式中，是利用“在摄影机镜头的入光面上标记点，从而使得摄影机能够得到具有标定的标识位的影像”方式得到标识位，可以理解的是，还可通过图像处理对摄影机获取的影像进行锁定标记位置处理，以得到标识位，此处不再赘述。图4是本发明一实施方式的摄影机位置确定系统的示例性结构示意图。如图4所示，摄影机位置确定系统1包括标定装置11、位置对准装置12、位置获取装置13、处理装置14、坐标转换装置15、视场角计算装置16及摄制方向计算装置18。在摄像机获取的影像上标定至少两个标识位，利用标定的所述至少两个标识位找到摄影近面、摄影远面上对应位置的位置信息，结合所有的位置信息并通过几何处理即可得到摄影机的位置，普通用户即可通过位置对准设备完成相应操作及位置计算处理，整个过程不涉及查找摄影机的内参和外参，因而在确定摄影机的位置时更为省时，且由于用户只需利用位置对准设备对准标识位，因而降低摄影机位置确定的难度。其中的，标定装置11，可用于在所述摄像机获取的影像上标定至少两个标识位。位置对准设备12，可用于在所述摄影机的摄影近面上和摄影远面上分别对准所述至少两个标识位。位置获取装置13，可用于获取所述位置对准设备在所述摄影近面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个近面三维坐标、在所述摄影远面上对准所述至少两个标识位时得到的至少两个远面三维坐标.处理装置14，可用于对所述至少两个近面三维坐标和所述至少两个远面三维坐标进行几何处理得到所述摄影机的位置。坐标转换装置15，可用于根据所述摄影机的位置得到所述摄影机在相机坐标系下的摄影机坐标。视场角计算装置16，可用于在所述至少两个标识位至影像的中心点距离相等时，利用所述摄影机坐标算取所述摄影机的视场角。摄制方向计算装置17，可用于在所述交点与所述摄影机获取的影像的中心点位置对应，且自所述第一直线和所述第二直线形成的夹角的角平分线过所述中心点位置时，利用所述第一直线和所述第二直线的单位向量和算取所述摄影机的获取所述摄像机获取的影像的摄制方向。可以理解的是，为完成本发明，摄影机位置确定系统可以包括一个或多个装置。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端装置权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页12