基于双目PTZ相机的目标定位方法

基于双目ptz相机的目标定位方法
技术领域
1.本发明属于视觉感知定位技术，尤其涉及一种基于双目ptz相机的目标定位方法。


背景技术：

2.目前智能平台感知模块传感器主要包括激光雷达、相机、双目相机和毫米波雷达等，上述传感器在感知能力上都存在一定的不足，如激光雷达虽然可以获取准确的深度信息，但价格昂贵，且远处点云比较稀疏，无纹理信息，易受灰尘颗粒物、大雨等影响；相机成本较低，并且可以提供丰富的纹理信息，但单目相机受限于小孔成像原理无法直接获取目标深度信息，易受光照条件气候影响；传统双目相机虽然可以实现立体视觉，但基线较短导致远距离测距误差较大，而且视野范围固定，无法调整焦距、角度；毫米波雷达探测角度大，抗干扰能力强，但分别率和精度较低；毫米波雷达对障碍物的测速准确，但噪点数据多，误检率高。
3.感知模块作为无人操作机器人，尤其是无人车运用中的的四大关键技术之一，为定位和规划模块提供信息支持。感知的主要任务包括，城市环境下对红绿灯、交通标志的识别；城市及野外环境障碍物的检测、识别、跟踪和定位，以及障碍物的轨迹预测等。目前的无人车感知系统对距离较远的目标感知能力偏弱，当目标距离较远时，激光雷达点云稀疏，纹理信息偏少；传统相机和双目相机无法变焦变姿，目标在画面中较小，像素数量少，纹理信息不丰富，且双目相机测距精度偏低。尤其是野外战场环境目标距离远，现有传感器很难对远距离目标进行精准定位。部分自动驾驶车辆通过在车身多个方位安装多个不同焦距的相机解决单目相机视场小、焦距固定的问题。如某具有自动驾驶功能的车辆，共安装8个相机，这种方法造成一定资源浪费，而且计算单元计算资源消耗大。
4.ptz相机是pan/tilt/zoom的缩写，代表相机可以全方位(左右/上下)移动及镜头变倍、变焦控制。双目ptz相机模拟变色龙的视觉系统，相比于传统相机和静态双目相机，其优势在于相机既能单独运动获取大场景信息，也可以相互协同组成立体视觉系统获取深度信息，还可以获取局部高分辨率信息，能够实现对目标进行大范围、远距离跟踪和定位。双目ptz相机系统可用于视频监控、无人驾驶和智能交通系统、军事侦察等领域，近年来，双目ptz相机视觉系统一直是研究的热点，但由于变焦、旋转过程中左右相机的角度值和焦距值都不断变化，实现双目ptz相机的实时标定难度较大，国内对静态双目相机和单ptz相机的研究已经十分深入，但对双目ptz相机的标定研究还较少。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于双目ptz相机的目标定位方法，利用双目ptz相机通过变焦、旋转而组成的立体视觉，可以实现在更大范围、更远距离对目标的三维定位。
6.本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于双目ptz相机的目标定位方法，其特征是：标定出双目ptz相机的任意角度和焦距下的内外参，利用最小二乘法，实现对
目标的三维定位，具体步骤如下：
7.步骤1：求解左右相机的任意焦距下的内参矩阵k
l
，k
r
；
8.步骤2：求解左右相机任意角度、焦距下相对于世界坐标系的旋转矩阵r
l
、r
r
及平移向量t
l
、t
r
；
9.步骤3：求出目标点从世界坐标系映射至左右相机像素坐标系的单应性矩阵h1、h2，根据同名点在左右像素坐标系下的坐标p
l
(u
l
,v
l
)，p
r
(u
r
,v
r
)，用最小二乘法求出目标在世界坐标系下的坐标值，具体步骤为：
10.步骤3
‑
1，求出目标点p(x
w
,y
w
,z
w
)由世界坐标系映射至左右相机像素坐标系下的对应点p
l
(u
l
,v
l
)，p
r
(u
r
,v
r
)单应性矩阵h1，h2；
11.步骤3
‑
2，利用最小二乘法求解p(x
w
,y
w
,z
w
)坐标。
12.所述求解左右相机的任意焦距下的内参矩阵k
l
，k
r
，拟合出左右相机焦距关于zoom的分段函数，具体步骤为：
13.步骤1
‑
1：分别标定出左右相机几个特定zoom值下的焦距f
x
，f
y
，利用线性插值法将焦距值拟合成关于zoom的分段函数；
14.步骤1
‑
2：根据当前相机的zoom值，代入步骤1
‑
1求出的分段函数，求出此时左右相机的焦距值和得到左右相机的内参矩阵分别为：
[0015][0016]
式(1)中和单位为dpi，u0、v0为图像中心点的像素坐标，值为图像分辨率的1/2。
[0017]
所述步骤2中求解左右相机任意角度、焦距下的r
l
、r
r
和t
l
、t
r
，用张正友标定法标定出初始位置的左右相机的外参矩阵将左相机的初始位置的相机坐标系作为世界坐标系o
w
‑
x
w
y
w
z
w
，，计算r
l
、r
r
、t
l
、t
r
的具体步骤为：
[0018]
步骤2
‑
1：求解左右相机水平旋转时绕的竖直转轴方向向量俯仰旋转时绕的水平转轴方向向量
[0019]
步骤2
‑
2：所述竖直转轴方向向量和水平转轴方向向量与各自光心旋转平面γ的交点分别为计算出初始位置相机坐标系原点o至各交点的向量和
[0020]
步骤2
‑
3：分别计算左右相机经过旋转后，相机坐标系相对于原位置的旋转矩阵以及平移向量
[0021]
步骤2
‑
4：分别计算左右相机在不同zoom值下相对于zoom＝1光心产生的平移向量
[0022]
步骤2
‑
5：计算当左(右)相机分别水平旋转α，俯仰旋转β，zoom值分别为z1、z2时，左相机和右相机相对于的世界坐标系o
‑
x
w
y
w
z
w
的旋转平移矩阵r
l
、t
l
、r
r
、t
r
。
[0023]
所述步骤2
‑
1的求解和的方法，所述标定竖直转轴方向向量的方法，所述标定竖直转轴方向向量先
利用张正友标定法标定出初始位置下标定板坐标系b
‑
x
b
y
b
z
b
与相机坐标系之间o
‑
xyz的旋转平移矩阵r1、t1；保持棋盘格标定板位置固定，将相机水平方向旋转α角度到位置2处，使用同样方法得到位置2处标定板坐标系b
‑
x
b
y
b
z
b
与相机坐标系之间的旋转平移矩阵r2、t2，可得由初始位置旋转至位置2处的旋转矩阵
[0024][0025]
根据罗德里格斯公式求得方向向量的反对称矩阵为：
[0026][0027]
从而求得转轴的方向向量使用同样方法可求得
[0028]
式中：
[0029]
r
v
‑
α
为相机水平旋转(绕旋转轴)旋转α角度的旋转矩阵；
[0030]
所述将相机水平方向旋转α角度至位置2处，其光心产生的平移向量为：
[0031]
t
v
‑
α
＝t1‑
r
v
‑
α
t2ꢀꢀ
(4)。
[0032]
步骤2
‑
2所述向量的求解，所述左相机水平旋转向量的计算，将绕转轴旋转π+α后，得向量则旋转产生的平移向量与(4)式联立，则求得
[0033][0034]
同理可求得
[0035]
所述步骤2
‑
3中左右相机旋转后旋转矩阵的求解，所述水平旋转α角度，俯仰旋转β角度，利用罗德里格斯公式求解可得：
[0036][0037]
式中为水平、俯仰旋转的旋转向量，i为三阶单位阵；
[0038]
左右相机旋转后的相机坐标系相对于原位置的旋转矩阵为
[0039][0040]
所述步骤2
‑
3中左右相机经过旋转后，相机坐标系相对于各自初始位置的平移矩阵的求解，所述水平旋转α角度，俯仰旋转β角度的平移矩阵为：
[0041][0042]
可得左右相机水平、俯仰旋转产生的平移矩阵为：
[0043][0044]
所述步骤2
‑
4中变焦产生的光心平移向量的求解，依据当前焦距值f求解变焦产生的平移向量t
z
，
[0045][0046]
式中f
max
、f
min
是相机的焦距范围，f为当前焦距值，可从权利要求2中获得，单位为dpi，为变焦范围，单位为mm，是ptz相机的固有参数。
[0047]
所述步骤2
‑
5中任意角度、zoom值下的旋转平移矩阵r
l
、t
l
、r
r
、t
r
的求解，所述左、右相机相对于世界坐标系的结果为：
[0048][0049][0050]
有益效果：与现有技术相比，本发明利用双目ptz相机通过变焦、旋转而组成的立体视觉，可以实现在更大范围、更远距离对目标的三维定位。采用ptz相机的价格便宜，可以旋转、变焦，在更大范围、更远距离获取目标的纹理信息(丰富的纹理信息是激光雷达、毫米波雷达所获取不到的)，可以极大提升智能无人平台的感知能力。
附图说明
[0051]
图1是ptz相机的变焦示意图；
[0052]
图2双目ptz相机坐标示意图；
[0053]
图3a是水平旋转的竖直转轴的俯视标定示意图；
[0054]
图3b是水平旋转的竖直转轴的侧视标定示意图；
[0055]
图4是双目ptz相机俯仰旋转的水平转轴示意图；
[0056]
图5是相机变焦外参标定示意图。
具体实施方式
[0057]
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，本技术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。
[0058]
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0059]
详见附图，本发明提供了一种基于双目ptz相机的目标定位方法，标定出双目ptz相机的任意角度和焦距下的内外参，利用最小二乘法，实现对目标的三维定位，具体步骤如
下：
[0060]
步骤1：求解左右相机的任意焦距下的内参矩阵k
l
，k
r
；
[0061]
步骤2：求解左右相机任意角度、焦距下相对于世界坐标系的旋转矩阵r
l
、r
r
及平移向量t
l
、t
r
；
[0062]
步骤3：求出目标点从世界坐标系映射至左右相机像素坐标系的单应性矩阵h1、h2，根据同名点在左右像素坐标系下的坐标p
l
(u
l
,v
l
)，p
r
(u
r
,v
r
)，用最小二乘法求出目标在世界坐标系下的坐标值，具体步骤为：
[0063]
步骤3
‑
1，求出目标点p(x
w
,y
w
,z
w
)由世界坐标系映射至左右相机像素坐标系下的对应点p
l
(u
l
,v
l
)，p
r
(u
r
,v
r
)单应性矩阵h1，h2；
[0064]
步骤3
‑
2，利用最小二乘法求解p(x
w
,y
w
,z
w
)坐标。
[0065]
所述求解左右相机的任意焦距下的内参矩阵k
l
，k
r
，拟合出左右相机焦距关于zoom的分段函数，具体步骤为：
[0066]
步骤1
‑
1：分别标定出左右相机几个特定zoom值下的焦距f
x
，f
y
，利用线性插值法将焦距值拟合成关于zoom的分段函数；
[0067]
步骤1
‑
2：根据当前相机的zoom值，代入步骤1
‑
1求出的分段函数，求出此时左右相机的焦距值和得到左右相机的内参矩阵分别为：
[0068][0069]
式(1)中和单位为dpi，u0、v0为图像中心点的像素坐标，值为图像分辨率的1/2。
[0070]
所述步骤2中求解左右相机任意角度、焦距下的r
l
、r
r
和t
l
、t
r
，用张正友标定法标定出初始位置的左右相机的外参矩阵将左相机的初始位置的相机坐标系作为世界坐标系o
w
‑
x
w
y
w
z
w
，，计算r
l
、r
r
、t
l
、t
r
的具体步骤为：
[0071]
步骤2
‑
1：求解左右相机水平旋转时绕的竖直转轴方向向量俯仰旋转时绕的水平转轴方向向量
[0072]
步骤2
‑
2：所述竖直转轴方向向量和水平转轴方向向量与各自光心旋转平面γ的交点分别为计算出初始位置相机坐标系原点o至各交点的向量和
[0073]
步骤2
‑
3：分别计算左右相机经过旋转后，相机坐标系相对于原位置的旋转矩阵以及平移向量
[0074]
步骤2
‑
4：分别计算左右相机在不同zoom值下相对于zoom＝1光心产生的平移向量
[0075]
步骤2
‑
5：计算当左(右)相机分别水平旋转α，俯仰旋转β，zoom值分别为z1、z2时，左相机和右相机相对于的世界坐标系o
‑
x
w
y
w
z
w
的旋转平移矩阵r
l
、t
l
、r
r
、t
r
。
[0076]
所述步骤2
‑
1的求解和的方法，所述标定竖直转轴方向向量的方法，所述标定竖直转轴方向向量先
利用张正友标定法标定出初始位置下标定板坐标系b
‑
x
b
y
b
z
b
与相机坐标系之间o
‑
xyz的旋转平移矩阵r1、t1；保持棋盘格标定板位置固定，将相机水平方向旋转α角度到位置2处，使用同样方法得到位置2处标定板坐标系b
‑
x
b
y
b
z
b
与相机坐标系之间的旋转平移矩阵r2、t2，可得由初始位置旋转至位置2处的旋转矩阵
[0077][0078]
根据罗德里格斯公式求得方向向量的反对称矩阵为：
[0079][0080]
从而求得转轴的方向向量使用同样方法可求得
[0081]
式中：
[0082]
r
v
‑
α
为相机水平旋转(绕旋转轴)旋转α角度的旋转矩阵；
[0083]
所述将相机水平方向旋转α角度至位置2处，其光心产生的平移向量为：
[0084]
t
v
‑
α
＝t1‑
r
v
‑
α
t2ꢀꢀ
(4)。
[0085]
步骤2
‑
2所述向量的求解，所述左相机水平旋转向量的计算，将绕转轴旋转π+α后，得向量则旋转产生的平移向量与(4)式联立，则求得
[0086][0087]
同理可求得
[0088]
所述步骤2
‑
3中左右相机旋转后旋转矩阵的求解，所述水平旋转α角度，俯仰旋转β角度，利用罗德里格斯公式求解可得：
[0089][0090]
式中为水平、俯仰旋转的旋转向量，i为三阶单位阵；
[0091]
左右相机旋转后的相机坐标系相对于原位置的旋转矩阵为
[0092][0093]
所述步骤2
‑
3中左右相机经过旋转后，相机坐标系相对于各自初始位置的平移矩阵的求解，所述水平旋转α角度，俯仰旋转β角度的平移矩阵为：
[0094][0095]
可得左右相机水平、俯仰旋转产生的平移矩阵为：
[0096][0097]
所述步骤2
‑
4中变焦产生的光心平移向量的求解，依据当前焦距值f求解变焦产生的平移向量t
z
，
[0098][0099]
式中f
max
、f
min
是相机的焦距范围，f为当前焦距值，可从权利要求2中获得，单位为dpi，为变焦范围，单位为mm，是ptz相机的固有参数。
[0100]
所述步骤2
‑
5中任意角度、zoom值下的旋转平移矩阵r
l
、t
l
、r
r
、t
r
的求解，所述左、右相机相对于世界坐标系的结果为：
[0101][0102][0103]
本发明公式中的符号右上角的l和r角标分别代表左相机(left)，右相机(right)各自的参数；l
‑
r角标代表左右相机之间的参数，右下角角标为init表示初始位置的参数。
[0104]
本方法的标定时先利用张正友平面标定法标定出初始位置相机的内外参。内参标定时先标定出几个特定zoom值下的焦距值，将焦距值拟合成关于zoom的分段函数，根据相机的zoom值实时估算相机内参
[0105]
实施例
[0106]
本发明将外参更新分为两部分，一是相机旋转产生的外参变化，包括旋转后的左右相机相对于原位置的旋转矩阵r
rot
和平移向量t
rot
，本文利用赵显庭,王晋疆,王陈光.基于转轴参数的多自由度双目视觉系统标定[j].光学技术,2018,44(02):140
‑
146的方法分别标定出左右ptz相机水平、俯仰旋转的旋转向量，再利用rodrigues公式计算出相机水平、俯仰旋转后的旋转矩阵；对于旋转导致光心产生的偏移，我们记转轴与光心旋转平面的交点为a，通过标定计算得到光心o至a点的向量再计算由于旋转产生的平移向量；二是左右ptz相机变焦产生的外参变化，变焦的过程实际是相机光心移动的过程，不会导致旋转矩阵变化，只会导致平移向量t变化，本发明先求出单目ptz相机变焦过程中产生的平移向量t
z
和zoom之间的关系，再根据旋转矩阵求出单目ptz相机旋转变焦后相机光心相对于初始位置的平移向量。最后，将旋转和变焦产生的外参变化相结合，可以求解出左右相机分别水平旋转α1、α2，俯仰旋转β1，β2，zoom值分别为z1，z2，左右相机相对于世界坐标系的外参矩阵r
l
、t
l
、r
r
、t
r
。
[0107]
具体方法：
[0108]
一、ptz相机内参标定
[0109]
详见附图1，根据小孔成像模型可知，相机的变焦过程可等效为光心在光轴上前后移动的过程，zoom值增大，光心相当于向前移动。根据相机特性，焦距值的大小与zoom值大致成线性关系，记实时反馈的zoom值为m，根据相机变倍范围大小取zoom
min
(zoom＝1)，zoom2，
…
，zoom
n
‑1，zoom
max
共n个不同的zoom值进行标定。只考虑相机焦距值随相机变焦过程中的大小变化，不考虑相机主点、畸变随焦距的变化。根据张正友标定法标定出zoom＝m
i
值下的fx
i
和fy
i
，利用线性插值法将各个zoom值之间的焦距f拟合成关于m的分段函数：
[0110]
式中m
i
‑1＜m＜m
i
，可得相机的内参矩阵
[0111][0112]
同理可以得到右相机的焦距关于m的分段函数。左右相机可以根据相机反馈的zoom值实现相机内参的自标定。
[0113]
二、双目ptz相机外参标定
[0114]
1)相机旋转外参标定
[0115]
多数文献将双目ptz相机标定过程中将光心理想化为与旋转轴重合，实际ptz相机旋转时光心与旋转轴存在偏差，光心并不是固定不动的，而是绕着旋转轴转动，双目ptz相机示意图如图2所示，其中o
l
、o
r
为左右相机的光心，o
l
‑
xyz、o
r
‑
xyz为左右相机的相机坐标系，o
‑
x
w
y
w
z
w
为规定的世界坐标系，与左相机初始位置的相机坐标系重合。为左相机的水平旋转的旋转向量和竖直旋转的旋转向量，为右相机水平旋转的旋转向量和竖直旋转的旋转向量，相机光心均绕旋转向量旋转；
[0116]
2.1旋转矩阵求解
[0117]
详见附图3a图3b，本发明利用赵显庭,王晋疆,王陈光.基于转轴参数的多自由度双目视觉系统标定[j].光学技术,2018,44(02):140
‑
146的方法求解旋转轴方向。相机光心绕旋转轴旋转，利用单应性原理计算摄像机与标定模板的位姿关系，计算转轴方向，以左相机zoom
min
(zoom＝1)、水平旋转为例，位置1处相机坐标系相对于标定板角点坐标系b
‑
x
b
y
b
z
b
的旋转矩阵为r1，平移矩阵为t1，保持棋盘格标定模板位置固定将相机水平方向旋转α角度，得到位置2处的旋转矩阵r2，平移矩阵t2，
[0118]
从相机坐标系由位置1旋转至位置2的旋转矩阵r
v
‑
α
为
[0119][0120]
根据罗德里格斯公式可以实现旋转矩阵和旋转向量、旋转角度之间的相互转换，其关系如下：
[0121]
r
v
‑
α
＝cosαi+(1
‑
cosα)vv
t
+sinαv
λ
[0122][0123][0124]
其中tr(r
v
‑
α
)为矩阵r
v
‑
α
的迹，通过上式可求出旋转向量的反对称矩阵从而求得随后对该向量做归一化处理可求出从位置1处转至位置2处的旋转向量
[0125]
我们取多次测量的平均值以消除误差，因此左相机的竖直方向旋转向量为：
[0126][0127]
使用同样方法可求出水平方向旋转向量和右相机竖直、水平方向旋转向量
[0128]
相机方向旋转符合右手坐标系，根据rodrigues公式，我们可以求出左相机绕竖直旋转向量旋转α的旋转矩阵同理可求出俯仰旋转矩阵和右相机水平、俯仰旋转矩阵
[0129]
2.2平移向量求解
[0130]
以左相机水平旋转为例，图3中o
init
为相机坐标系的初始位置，与旋转轴垂直的旋转平面过光心，旋转轴和旋转平面的交点为a，记在相机初始坐标系o
init
‑
xyz下，o
init
至相机光心a点的平移向量为绕旋转π+α角度后得旋转方向符合右手坐标系，可知旋转产生的平移向量
[0131]
详见图3a图3b，位置1(初始位置)处标定板坐标系b
‑
x
b
y
b
z
b
原点相对于坐标系o1‑
xyz的平移向量为t1，位置2处标定板原点在o2‑
xyz坐标系下的平移向量为t2，t1、t2均可以通过标定获得，也可得到t
v
‑
α
：
[0132]
t
v
‑
α
＝t1‑
r
v
‑
α
t2[0133]
将其与计算值相联立，从而求得
[0134]
选取不同旋转角度进行标定，取多组结果平均值可得同理可求得左相机水平转轴、右相机竖直转轴、右相机水平转轴与旋转平面交点至光心的平移向量
[0135]
再根据可求得左右相机水平、俯仰旋转产生的平移向量
[0136]
2.3旋转后外参计算
[0137]
定义初始位置左相机的坐标系为世界坐标系o
‑
x
w
y
w
z
w
，则当左(右)相机水平旋转α，俯仰旋转β，在焦距不变的情况下，左相机坐标系o
‑
x
l
y
l
z
l
相对于的o
‑
x
w
y
w
z
w
的旋转平移矩阵为：
[0138][0139][0140]
右相机坐标系o
‑
x
r
y
r
z
r
相对于o
‑
x
w
y
w
z
w
的旋转平移矩阵为：
[0141][0142][0143]
2)相机变焦后外参标定
[0144]
详见附图5，ptz相机变焦过程是光心沿着光轴前后移动的过程，变焦过程中除了相机内参发生变化，双目ptz相机之间的平移向量也在变化，由内参标定可知相机从zoom
min
变化至zoom过程中，焦距值和zoom值大致成线性关系，光心的平移向量为t
z
，根据内参标定可知，t
z
与焦距值成线性关系。依据当前焦距值f求解变焦产生的平移向量t
z
，
[0145][0146]
上式中f
max
、f
min
是相机的焦距范围，f为当前焦距值，可从内参标定中获得，单位为dpi，为变焦范围，单位为mm，是ptz相机的固有参数。
[0147]
根据旋转公式可求出ptz相机水平旋转α，俯仰旋转β，zoom值为z时光心的平移向量为：
[0148][0149]
3)旋转变焦后相机外参计算
[0150]
结合旋转和变焦导致的外参变化，可知当左(右)相机分别水平旋转α，俯仰旋转β，zoom值分别为z1，z2时，左相机坐标系o
‑
x
l
y
l
z
l
相对于的世界坐标系o
‑
x
w
y
w
z
w
的旋转平移矩阵为：
[0151][0152][0153]
右相机坐标系o
‑
x
r
y
r
z
r
相对于世界坐标系o
‑
x
w
y
w
z
w
的旋转平移矩阵为：
[0154][0155][0156]
所述的目标点由世界坐标系映射至像素坐标系的单应性矩阵h1，h2，其映射关系为：
[0157][0158]
所述的求解p点坐标求解方法为，将(1)式联立展开可得
[0159][0160]
将式(2)写成矩阵乘法的形式为
[0161][0162]
式(3)记为
[0163]
用最小二乘法求得
[0164][0165]
三、实验与分析
[0166]
3.1实验平台
[0167]
实验平台选取两台海康威视ids
‑
2pt7t40bx
‑
d4/t3相机，焦距11
‑
55mm，该相机可以实现五倍光学变焦(zoom＝1
‑
5)、360
°
水平旋转和
‑
40
°
～30
°
俯仰旋转，旋转精度0.1
°
，zoom值精度0.1，相机分辨率选择704
×
596。标定板选用12
×9×
35mm的棋盘格标定板。
[0168]
3.2初始位置标定
[0169]
左右相机初始位置均取pan＝0
°
，tilt＝0
°
，zoom＝1，
[0170]
使用matlab相机标定工具包，对初始位置左右相机的内外参进行标定，其结果如表1所示：
[0171]
表1初始位置内外参数
[0172][0173]
3.3ptz相机内参标定
[0174]
对zoom＝1，2，3，4，5的左右相机焦距值进行标定，其结果如表2所示：
[0175]
表2特定zoom值下左右相机的焦距值
[0176][0177]
左右相机再分别取4个焦距值，按照本发明的方法进行计算，与标定值进行对比。对比结果如表3所示：
[0178]
表3相机内参标定结果
[0179][0180]
由表可见，可见利用线性插值法对ptz相机内参估计的内参误差基本小于1％，在对精度要求不高的情况下，可以实现对任意zoom值下内参的自动标定。
[0181]
我们当左右相机存在重合视场、可以组成立体视觉系统的角度、焦距范围内，随机设置左右相机任意角度和焦距，根据2.4中提出的相机外参标定方法，对其外参进行计算，并将张正友标定法标定结果做为真值进行对比，结果如下：
[0182][0183]
标定结果和计算结果误差不大，可见上述方法可以实现外参的标定。
[0184]
3.4定位试验结果
[0185]
我们利用上述方法对在100m的范围内对目标进行定位研究，以米尺距离为真值，其测量结果见附件1，可见100米以内测量误差在2％以下，利用上述方法可以实现任意角度、焦距下对目标的定位，且远距离目标可以通过变焦获取目标的纹理信息。
[0186]
上述参照实施例对该一种基于双目ptz相机的目标定位方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。