摄像头内参的确定方法和装置与流程

本发明涉及图像分析领域，并且特别地，涉及一种摄像头内参的确定方法和装置。

背景技术：

随着车载环视应用的普及及环视拼接效果要求的提升，环视拼接算法对参与拼接的多颗车载摄像头模组的内参一致性要求更加严苛，一般要求内参主点的一致性偏差在几个像素内。

目前，通过常规制程工艺生产的成品模组，很难将其内参主点与图像中心的偏差控制在几个像素级别内，需要使用调整的方式将这种偏差消除。

为了消除偏差，需要使用摄像头标定的方法获取内参主点。目前，通常采用的摄像头标定的方法为了确保其内参标定充分，需要拍摄多张相对位置的标版图。例如，在期刊《光电工程》的第39卷第9期中，标题为《摄像机径向畸变校正和内参估计的单图标定方法》的文章中就记载了一种内参标定方法，该文章公开的照片中均仅包含单个标版。实际上，该文章所公开的方案在标定内参时，必须以多个不同角度对标版进行反复拍摄才可以实现其目的。

因此，已有技术中的内参标定过程需要进行多次拍摄，其处理效率较低。不仅如此，在对多张图像进行处理和分析后，如果标定的参数与标准不符，则需要进行调整，在调整后，为了检验调整结果，仍然需要多次拍摄。因此，已有的参数标定方案耗时较长，而且检验调整结果的过程会导致耗时成倍增加。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种摄像头内参的确定方法和装置，能够减少内参标定所耗费的时间，并且不会影响准确性。

根据本发明的一个方面，提供了一种摄像头内参的确定方法，用于基于包含多个标版的图像确定摄像头的内参。

根据本发明的摄像头内参的确定方法包括：

步骤1，通过摄像头对多个标版进行拍摄，得到单帧图像，其中，图像中包含多个标版对应的区域；

步骤2，根据图像中多个标版所在的区域，对图像进行区域划分，得到多个子图像，其中，每个子图像中包含一个标版对应的区域；

步骤3，根据多个子图像确定摄像头的内参。

此外，根据本发明的上述方法可以进一步包括：

根据摄像头的性能指标，确定所使用的标版为棋盘格标版或圆点图案标版，并进一步确定标版的数量、标版的尺寸、标版中特征点的数量、标版中特征点的间距和/或标版中特征点的尺寸，其中，摄像头的性能指标包括：解像力、视场角和/或像素数量。

其中，上述内参可以为摄像头的主点。

进一步地，在步骤3之后，上述方法可以进一步包括：

步骤4，根据确定的主点的所在位置与图像的中心位置之间确定偏差值；

步骤5，判断偏差值是否大于预定偏差阈值；

步骤6，在判断结果为是的情况下，对摄像头进行调整；

重复执行步骤1至步骤6，直至步骤5中的判断结果为否。

可选地，上述图像中包含的标版数量可以为5至9个。

在一个实施例中，上述图像中包含的标版数量可以为5个。

此外，上述多个标版为平面标版，其中一个标版正对摄像头的光轴且该标版与摄像头的光轴垂直，其他标版与摄像头的光轴成一非垂直的角度。

可选地，上述摄像头为车载环视系统中的摄像头。

根据本发明的另一方面，提供了一种摄像头内参的确定装置，用于基于包含多个标版的图像确定摄像头的内参。

根据本发明的摄像头内参的确定装置包括：

控制模块，用于控制摄像头对多个标版进行拍摄，得到单帧图像，其中，图像中包含多个标版对应的区域；

图像处理模块，用于根据图像中多个标版所在的区域，对图像进行区域划分，得到多个子图像，其中，每个子图像中包含一个标版对应的区域；

确定模块，用于根据多个子图像确定摄像头的内参。

其中，上述内参可以为摄像头的主点，图像中包含的标版数量可以为5至9个。

本发明能够实现以下有益效果：

(1)本发明通过对多个标版拍摄单帧图像，进而基于该图像中各个标板所对应的区域来确定摄像头的内参，能够有效减少拍摄的次数，避免分别布置和调整每个标版与摄像头的相对位置和相对角度，缩短参数标定和后续检验调整结果所耗费的时间，提高处理效率，还能够改善参数确定的精确度；另外，由于所拍摄的单帧图像中包含多个标版所对应的区域，所以在确定内参时能够保证输入足够的信息，不会因为拍摄的图像数量减少而影响内参确定的准确性；

(2)本发明根据摄像头的性能指标来选择标版，实际上是考虑到当摄像头在较近距离(该距离短于摄像头的常规工作距离)对标版进行拍摄时，会导致成像不清晰的问题出现。而本发明正是通过选择适当的标版，从而让待进行参数标定的摄像头在较近距离拍摄时，也能够让成像结果达到一定的清晰度，从而用于后续的处理和分析，以确定摄像头的内参。由于本发明将摄像头与标版之间的距离缩短，所以能够让摄像头的内参标定设备的体积缩小，相应地也就减小了设备的质量，使得内参标定设备更加容易使用和携带；

(3)本发明的方案可以用于确定摄像头的内参主点，相比于其他内参(焦长以及畸变系数)，确定内参主点时所需的标版数量较少，因此在仅确定主点时，可以采用数量相对较少的标版，让标版的设计更加容易，同时处理效率也更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是根据本发明实施例的摄像头内参的确定方法的流程图；

图2和图3是根据本发明实施例的摄像头内参的确定方法所采用的标版的示意图；

图4是根据本发明实施例的摄像头内参的确定方法所拍摄的包含多个标版的单帧图像的示意图；

图5是根据本发明实施例的摄像头内参的确定方法所采用治具的结构简图；

图6是根据本发明实施例的摄像头内参的确定方法的一个具体实现过程的流程图；

图7是根据本发明实施例的摄像头内参的确定装置的框图。

具体实施方式

此说明性实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

根据本发明的实施例，提供了一种摄像头内参的确定方法。

根据本发明的摄像头内参的确定方法用于基于包含多个标版的图像确定摄像头的内参。

如图1所示，根据本发明的摄像头内参的确定方法包括：

步骤1，通过摄像头对多个标版进行拍摄，得到单帧图像，其中，图像中包含多个标版对应的区域；

步骤2，根据图像中多个标版所在的区域，对图像进行区域划分，得到多个子图像，其中，每个子图像中包含一个标版对应的区域；

步骤3，根据多个子图像中确定摄像头的内参。其中，在确定内参时，可以参照不同内参所对应的标定算法来确定。

在一个实施例中，根据本发明的摄像头内参的确定方法可以进一步包括：

在通过摄像头对标版进行拍摄之前，可以预先根据摄像头的性能指标，确定所使用的标版为棋盘格标版或圆点图案标版，并进一步确定标版的数量、标版的尺寸、标版中特征点的数量、标版中特征点的间距和/或标版中特征点的尺寸。

这样，对于性能较好的摄像头，可以选择解析难度较大的标版，而对于性能较差的摄像头，则可以选择解析难度较小的标版。摄像头的性能指标包括：摄像头的解像力、视场角和/或摄像头的像素数量。

例如，在实际应用中，可以根据摄像头(模组)的视场角和解像力设计或者选择适当的标版。具体而言，对于视场角小的模组可挑选少数量的标版整合，视场角大的模组可选择较多数量的标版整合；另外，对于解像力好的模组，可选用角点解析难度大的标版(例如，黑白棋盘格标版，如图2所示)；对于解像力差的模组，可选用角点解析难度小的标版(例如，圆点图案标版，如图3所示)。在解像力允许的情况下，单个标版使用越多的角点，最终的内参结果越准确。

图2示出了9*6的棋盘格标版，图3则示出了9*6的圆点标版。实际上，本发明可用的标版并不局限于以上形式。在实际应用中，可以根据摄像头的视场角，进一步改变标版的数量(增加或减少标版的数量)、标版的尺寸、标版中特征点的尺寸、特征点的数量、特征点的间隔等。

图4示出了对多个标版进行拍摄后所得到的单帧图像的示意图。如图4所示，图像中包括5个标版，每个标版均为平面标版，且具有棋盘格图案。其中一个标版位于中间位置，该标版正对摄像头的光轴，且与摄像头的光轴基本垂直。其他四个标版呈十字形排列在四个方向，且这四个标版与摄像头的光轴成一非垂直的角度。这些标版互不遮挡，从而在单帧图像中都能够体现出来。基于类似图4所示的图像，本发明提出的内参确定方法就能够准确地确定摄像头的内参。

为了拍摄得到图4所示的图像，可以将摄像头和多个标版放置在图5所示的治具上。如图5所示，根据本发明的治具可以包括标板单元1，标板调整单元2，调整支承单元3，摄像模组固定单元4。其中，标板单元1包括主标板101和辅助标板102。主标板101通过一个呈四方形的支承台固定在装置的中心位置，辅助标板102设置在支承台的周围，在本实施方式中，主标板101平放在支承台上，而四个辅助标板102均呈一定角度的支承在支承台旁。在本实施方式中，借助于调整支承单元3，辅助标板102的角度和上下位置可以根据需要进行调节。摄像模组固定单元4用于安装摄像头。在本实施方式中，为了避免标定过程中金属反光影响标定效果，所有结构均采用铝发黑加工。

在图5所示的实施例中，由于四个调整支承单元3对称分布在主标版101四周，这样5个标版就满足空间对称。在安装不同的待测摄像头(模组)时，可以保证每个摄像头在治具中的相对位置一致。在其他实施例中，为了安装更多数量的标版，治具中调整支承单元的数量可以适当增加。在选择标版数量时，可以如图4所示选择5个标版，也可以设计其他数量的标版，例如，可以选择安装6个标版、7个标版等。为了便于图像处理和治具的加工制造，可以让标版安装到治具上之后，让标版的排列满足空间对称。其中，采用5个标版是较为优选的方案，这样不仅可以让治具的结构相对简单(无需安装过多数量的标版)，同时让标版的数量达到确定内参主点所需的标版数量要求。在另一实施例中，治具可以设计有8个均匀分布的调整支承单元，这8个调整支承单元呈环形分布，每个调整支承单元上均安装一个辅助标版，环形的中间位置可以安装第9个标版(主标版)。这样，就能够让整个治具上安装9个标版，9个标版同样以空间对称的方式分布排列。在其他实施例中，可以选择13个标版，这13个标版同样以空间对称的方式分布排列。

在上述实施例中，根据摄像头的性能指标来选择标版，实际上是考虑到当摄像头在较近距离(该距离短于摄像头的常规工作距离)对标版进行拍摄时，会导致成像不清晰的问题出现。而本发明正是通过选择适当的标版，从而让待进行参数标定的摄像头在较近距离拍摄时，也能够让成像结果达到一定的清晰度，从而用于后续的处理和分析，以确定摄像头的内参。由于本发明将摄像头与标版之间的距离缩短，所以能够让摄像头的内参标定设备的体积缩小，相应地也就减小了设备的质量，使得内参标定设备更加容易使用和携带。

在一个实施例中，上述内参可以为摄像头的主点。这样，在确定了摄像头的主点之后，如果发现摄像头的主点与图像中心偏差较大，则可以对摄像头进行进一步的调整。

如图6所示，在步骤3之后，根据本发明的内参确定方法进一步包括：

步骤4，根据确定的主点的所在位置与图像的中心位置之间确定偏差值；

步骤5，判断偏差值(dx，dy)是否大于预定偏差阈值；

步骤6，在判断结果为是的情况下，对摄像头进行调整。在每次调整前，可以根据芯片成像情况获得调整值(dx′，dy′)；

重复执行步骤1至步骤6，直至步骤5中的判断结果为否。

在标定主点的情况下，通常需要图像中包含的标版数量为5至9个即可，例如，可以对5个标版进行拍摄，得到图4所示的图像，基于该图像即可准确地确定主点位置。在其他实施例中，可以对更多数量的标版进行拍摄(例如，可以对9个标版、13个标版或者更多标版进行拍摄)，所得到的图像中也相应地包含更多数量的标版。

在确定摄像头的主点后，可以有效地确定摄像头所拍摄图像的中心位置。当上述摄像头为车载环视系统中的摄像头时，通过确定主点位置，能够有助于对摄像头进行调整，进而将多个摄像头所拍摄的图像更加准确地拼接为环视图像(或进一步生成俯视图)，从而引导驾驶员进行驾车。

根据本发明的实施例，还提供了一种摄像头内参的确定装置。

根据本发明的摄像头内参的确定装置用于基于包含多个标版的图像确定摄像头的内参。

如图7所示，上述确定装置包括：

控制模块71，用于控制摄像头对所述多个标版进行拍摄，得到单帧图像，其中，所述图像中包含所述多个标版对应的区域；

图像处理模块72，用于根据所述图像中所述多个标版所在的区域，对所述图像进行区域划分，得到多个子图像，其中，每个子图像中包含一个标版对应的区域；

确定模块73，用于根据所述多个子图像确定所述摄像头的内参。

其中，上述内参可以为所述摄像头的主点，上述图像中包含的标版数量为5至9个。

综上所述，本发明涉及一种摄像头模组内参主点的快速确定和调整方法，将摄像头模组进行单帧数据获取，然后提取内参标定用的多张标版，再进行摄像头标定，计算当前内参主点与图像中心的偏差值并依据偏差值进行调整。首先，通过摄像头单帧抓取多张标版；之后，进行内参计算；最后，进行基于偏差值的调整使其内参主点与图像中心重合。本发明能够在确保内参主点标定的准确性的前提下，大幅减少所需的标版拍摄次数及降低空间要求，同时实现主点与图像中心偏差值的实时计算及在线调整。实现将标定过程简短化，实现标定所需空间及硬件的小型化，实现模组的内参主点一致性在线调整，将多个工序合并。

本发明有以下特点：1、本发明实现单帧拍摄多张标定标版，大幅缩短传统标定所需的模组与标版相对位置调整的时间。2、本发明可以实现减少拍摄标定标版数量但依然保证内参主点的准确性。3、本发明可以实现模组主点与图像中心的偏差值的调整。

除了确定摄像头的主点之外，本发明的方案还可以用于确定摄像头的其他内参。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。