专利名称：一种摄像机阵列的颜色校准系统和方法
技术领域：
本发明涉及计算机多媒体领域，特别涉及一种摄像机阵列的颜色校准系统和方法。
背景技术：
摄像机阵列是由一组摄像机(包括多个摄像机)按一定方式(如线性、平面或环形等)排列而成，根据摄像机阵列拍摄的多方位场景图像，能重建出场景的三维图像。摄像机阵列中可能存在不同类型的摄像机，并且即使是相同的摄像机，在相同光照下对相同物体成像后的颜色(即颜色响应)也可能不同，这将大大影响之后重建三维图像的准确性，为此在摄像机阵列采集图像前，需要预先对摄像机阵列进行颜色校准。
对摄像机阵列进行颜色校准，主要是通过调节各摄像机的参数(主要是亮度增益参数和白平衡参数)，使得采集的样本颜色与目标颜色尽可能的接近。现有对摄像机阵列进行颜色校准的方法是采用平面(方形)的颜色校准板作为校准基准物，颜色校准板上均匀分布着已知灰度值的颜色块。通过摄像机阵列对颜色校准板进行采样，并根据采样结果与目标灰度的差异来相应调节摄像机参数，直到这种差异小于某个阈值。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题 用上述方法同时校准摄像机阵列中的所有摄像机将是困难和繁琐的，特别当摄像机阵列中各个摄像机的朝向不一致时，常不能保证颜色校准板被所有摄像机同时拍摄到，导致摄像机阵列的颜色校准速度和精度都很低；并且，当场景中光照分布不均匀时，各个摄像机受环境光影响，单独校准的结果也会存在较大的差异，从而还需要考虑各摄像机间的样本颜色的差别，导致摄像机阵列的颜色校准复杂。
发明内容
为了提高摄像机阵列的颜色校准的速度和精度，更有效地对摄像机阵列的颜色进行校准，本发明实施例提供了一种摄像机阵列的颜色校准系统和方法。所述技术方案如下 一方面，本发明实施例提供了一种摄像机阵列的颜色校准系统，所述系统包括 白色光球、摄像机阵列、微程序控制器MCU、多台采集服务器和一台控制服务器； 所述白色光球，放置在颜色校准系统的中心，与所述MCU相连，在所述MCU控制下按预设的规则发光产生C种亮度；其中，C为大于等于1的整数； 所述摄像机阵列，包括多台摄像机，各台摄像机分布在颜色校准系统周围，各台摄像机分别与所述MCU相连，用于在所述MCU控制下拍摄所述白色光球得到一组包含C种亮度的白色光球图像； 所述MCU，分别与所述白色光球和所述摄像机阵列中的各台摄像机相连，用于控制所述白色光球按预设的规则发光产生C种亮度，以及控制所述摄像机阵列中的各台摄像机拍摄所述白色光球得到一组包含C种亮度的白色光球图像； 所述多台采集服务器中的每台采集服务器至少连接一台摄像机，所述每台采集服务器分别用于采集与其连接的各台摄像机拍摄的一组白色光球图像，并分别计算各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，根据计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，得到并发送各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到所述控制服务器； 所述控制服务器，用于接收并根据所述多台采集服务器发送的独立颜色校准后的样本颜色，对所述摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
另一方面，本发明实施例提供了一种摄像机阵列的颜色校准方法，所述方法包括 微程序控制器MCU控制白色光球按预设的规则发光产生C种不同的亮度；其中，C为大于等于1的整数； 所述MCU控制摄像机阵列中的各台摄像机分别拍摄得到一组包含C种亮度的白色光球图像，并将该组白色光球图像发送到各自相连接的采集服务器； 每台采集服务器分别接收其对应的各台摄像机拍摄的各组白色光球图像，并计算各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标； 每台采集服务器根据计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，发送各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器； 所述控制服务器接收并根据各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色，对所述摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是 通过将各向一致性的白色光球作为校准基准物，可以有效解决摄像机阵列的同时颜色校准问题；并且，场景中仅有白色光球发光，能有效去除环境光的影响，从而提高了颜色校准的速度和精度。
图1是本发明实施例1提供的一种摄像机阵列的颜色校准系统； 图2是本发明实施例2提供的一种摄像机阵列的颜色校准方法。
具体实施例方式 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1 本发明实施例提供了一种摄像机阵列的颜色校准系统，参见图1，该系统包括白色光球1、由多台摄像机2组成的摄像机阵列、微程序控制器MCU3、多台采集服务器4和一台控制服务器5。
其中，白色光球1，放置在颜色校准系统的中心，与MCU3相连，在MCU3控制下按预设的规则发光产生C种亮度；其中，C为大于等于1的整数。
白色光球置于颜色校准系统的中心，使所有摄像机均能采集到完整的白色光球图像。并且可由白色光球提供光源，可关闭环境光源。
摄像机阵列，包括多台摄像机2，各台摄像机2分布在颜色校准系统周围，各台摄像机2分别与MCU3相连，用于在MCU3控制下拍摄白色光球1得到一组包含C种亮度的白色光球图像。
本发明实施例中摄像机阵列包括40台摄像机2，摄像机2按一定规则固定在直径约6m的半球系统周围。并且，可调节摄像机焦距，使拍摄的图像尽可能清晰。
MCU3，分别与白色光球1和摄像机阵列中的各台摄像机2相连，用于控制白色光球1按预设的规则发光产生C种亮度，以及控制摄像机阵列中的各台摄像机2拍摄白色光球1得到一组包含C种亮度的白色光球图像。
本发明实施例中，MCU3控制在摄像机阵列的摄像机2的第i帧曝光时间内，白色光球1的发光时长为ti、第i+1帧曝光时间内，白色光球1的发光时长为ti+1…第i+C-1帧曝光时间内，白色光球1的发光时长为ti+C-1、第i+C帧曝光时间内，白色光球1的发光时长为ti+C，其中，i为大于等于1的整数，ti小于等于第i帧曝光时间、ti+1、小于等于第i+1帧曝光时间…ti+C-1小于等于第i+C-1帧曝光时间、ti+C小于等于第i+C帧曝光时间，且满足ti≠ti+1≠ti+2…≠ti+C-1、ti+C＝ti；白色光球1以C帧为一周期循环产生C种不同的亮度。即本发明实施例中预设的规则为MCU控制在摄像机第i帧曝光时间内LED的发光时长为ti毫秒，以C帧作为一次循环控制LED的发光时长，即ti+C＝ti。实际应用中，可以根据具体情况选择其他的规则。
多台采集服务器4中的每台采集服务器4至少连接一台摄像机2，每台采集服务器4分别用于采集与其连接的各台摄像机2拍摄的一组白色光球图像，并分别计算各台摄像机2拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，根据计算出的各台摄像机2拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机2进行独立颜色校准，得到并发送各台摄像机2独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器5。
本发明实施例中，包括10台采集服务器4，每台采集服务器4通过1394接口或USB(Universal Serial Bus，通用串型总线)接口连接4台摄像机。
控制服务器5，用于接收并根据多台采集服务器4发送的独立颜色校准后的样本颜色，对摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
多台采集服务器4和控制服务器5之间可以通过以太网连接。
具体地，白色光球1，可为一空心球体，表面颜色为白色，内部放置有LED(Light Emitting Diode，发光二极管)。
本发明实施例中，白色光球1为直径约35cm的白色空心球体，内部放置有发光二极管LED。
具体地，LED与MCU相连，在MCU控制下按预设的规则发光。
本发明实施例中以6帧作为一次循环，控制每帧曝光时间内LED的发光时间分别为0ms、4ms、8ms、12ms、16ms、20ms，从而可得到6种亮度的白色光球图像。
进一步地，白色光球1的内部，还可放置有折射白色光球，其中，折射白色光球位于LED的外部。
折射白色光球具体为一空心球体，表面颜色为白色，与白色光球1类似，但比白色光球1小；在白色光球1的内部，LED的外部放置折射白色光球，可使LED发出的光经过折射，在白色光球1内部形成更均匀的光源，从而可保证白色光球1表面的亮度均匀。
本发明实施例所述的摄像机阵列的颜色校准系统，校准基准物是可以产生多种亮度的白色光球，具有各向一致性，能同时对任何摄像机阵列进行校准，提高了校准速度；并且，通过白色光球提供光源，可关闭环境光源，能有效去除环境光影响，提高校准精度；而且，可以通过在白色空心球体内置LED作为白色光球，设计简单，成本低廉；MCU能按预设的规则控制LED发光及摄像机的拍摄，保证了系统的同步；另外，对摄像机阵列进行联机校准，进一步减小摄像机间的相对误差，达到更好的校准效果。
实施例2 参见图2，本发明实施例提供了一种采用实施例1所述系统的摄像机阵列的颜色校准方法，该方法包括 201MCU控制白色光球按预设的规则发光产生C种不同的亮度；其中，C为大于等于1的整数。
本发明实施例中，MCU控制在摄像机阵列的摄像机的第i帧曝光时间内，白色光球的发光时长为ti、第i+1帧曝光时间内，白色光球的发光时长为ti+1…第i+C-1帧曝光时间内，白色光球的发光时长为ti+C-1、第i+C帧曝光时间内，白色光球的发光时长为ti+C，其中，i为大于等于1的整数，ti小于等于第i帧曝光时间、ti+1小于等于第i+1帧曝光时间…ti+C-1小于等于第i+C-1帧曝光时间、ti+C小于等于第i+C帧曝光时间，且满足ti≠ti+1≠ti+2…≠ti+C-1、ti+C＝ti；白色光球以C帧为一周期循环产生C种不同的亮度。即本发明实施例中预设的规则为MCU控制在摄像机第i帧曝光时间内LED的发光时长为ti毫秒，以C帧作为一次循环控制LED的发光时长，即ti+C＝ti。实际应用中，可以根据具体情况选择其他的规则。
本发明实施例具体地可以是，将LED固定在白色光球内部，并将白色光球置于颜色校准系统的中心，使所有摄像机均能采集到完整的白色光球图像；调节摄像机焦距，使图像尽可能清晰；将摄像机及LED的控制策略编程输入MCU中；打开LED，关闭环境光源；MCU控制摄像机曝光时间内LED的照明时长，获得不同的白色光球亮度；本发明实施例，以6帧作为一次循环，控制每帧曝光时间内LED的发光时间分别为0ms、4ms、8ms、12ms、16ms、20ms，从而白色光球产生6种不同的亮度。
202MCU控制摄像机阵列中的各台摄像机分别拍摄得到一组包含C种亮度的白色光球图像，并将该组白色光球图像发送到各自相连接的采集服务器。
本发明实施例中，摄像机阵列包含40台摄像机；每组白色光球图像中包含有6种亮度的白色光球图像。4台摄像机通过1394b接口与对应的一台采集服务器相连，并通过1394b接口将该组白色光球图像发送到各自相连接的采集服务器。实际应用中也可以选择用1394a接口。
203每台采集服务器分别接收其对应的各台摄像机拍摄的各组白色光球图像，并计算各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标。
具体地，分别选取各台摄像机各自拍摄的C种亮度的白色光球图像中最亮的白色光球图像；选取每台摄像机对应的最亮的白色光球图像中RGB(RedGreen Blue，红绿蓝)值均大于预设的像素阈值的像素，计算这些像素坐标的平均值，将该平均值作为该台摄像机拍摄的C种亮度的白色光球图像的白色光球球心坐标。其中，预设的像素阈值可以根据实际情况进行设置，本发明实施例中预设的像素阈值为240。
需要说明的是，曝光时间最长的那一帧所获得的白色光球图像为最亮的白色光球图像。
本发明实施例中采集服务器为连接其上的4台摄像机中的每台摄像机选取其拍摄的6种亮度的白色光球图像中最亮的白色光球图像，选取每台摄像机对应的最亮的白色光球图像中RGB值均大于240的像素，并对这些像素的X、Y坐标分别求平均值，将该平均值作为该台摄像机所拍摄的6种亮度的白色光球图像的白色光球球心坐标，从而得到4台摄像机各自所拍摄的6种亮度的白色光球图像的白色光球球心坐标。
204每台采集服务器根据计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，发送各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器。
具体地，2041每台采集服务器将计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为各台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分每台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域，计算每个有效光球图像区域内包含的像素的G分量平均值，并将计算出的G分量平均值分别作为每台摄像机对应亮度的白色光球图像的样本颜色G分量，得到与每台摄像机对应的C种亮度的样本颜色G分量为G[i]，i＝1、2、…C； 其中，每台采集服务器将计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为各台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分每台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域可以是将白色光球球心坐标作为每种亮度的白色光球图像的中心，将K作为边长，划分每台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域为边长是K×K的方形区域；其中，K为大于等于1、小于等于白色光球直径的整数。还可以是，将白色光球球心坐标作为每种亮度的白色光球图像的中心，将K作为直径，划分每台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域为直径是K的圆形区域；其中，K为大于等于1、小于等于白色光球直径的整数。可以根据实际情况进行划分，并不限于上述2种，如可以划为菱形、矩形等。
2042计算每台摄像机的样本颜色G分量和目标颜色G分量之间的G分量误差平方和(SSE，Sum of Square Error)其中，Gt[i]表示第i种亮度的目标颜色G分量，判断每台摄像机各自的G分量误差平方和是否大于预设的颜色阈值，如果大于，则执行2043；否则，执行2044。
其中，预设的颜色阈值可以根据实际情况行设置，本发明实施例中预设的颜色阈值为100。
2043对于G分量误差平方和大于预设的颜色阈值的摄像机，计算该台摄像机的样本颜色G分量和目标颜色G分量之间的G分量真实误差根据G分量真实误差调节该台摄像机的亮度增益，然后执行2041。
2044对于G分量误差平方和小于等于预设的颜色阈值的摄像机，每台采集服务器将计算出的该台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域，计算每个有效光球图像区域内包含的像素的R分量平均值和B分量平均值，并将计算出的R分量平均值和B分量平均值分别作为该台摄像机对应亮度的白色光球图像的样本颜色R分量和样本颜色B分量，得到与该台摄像机对应的C种亮度的样本颜色R分量为R[i]，i＝1、2、…C，样本颜色B分量为B[i]，i＝1、2、…C。
2045计算该台摄像机的样本颜色R分量和目标颜色R分量之间的R分量误差平方和其中，Rt[i]表示第i种亮度的目标颜色R分量，以及样本颜色B分量和目标颜色B分量之间的B分量误差平方和其中，Bt[i]表示第i种亮度的目标颜色B分量；判断该台摄像机的R分量误差平方和以及B分量误差平方和是否大于预设的颜色阈值，当该台摄像机的R分量误差平方和或B分量误差平方和大于预设的颜色阈值时，执行2046；当该台摄像机的R分量误差平方和以及B分量误差平方和均小于等于预设的颜色阈值时，执行2047。
2046当该台摄像机的R分量误差平方和或B分量误差平方和大于预设的颜色阈值时，计算该台摄像机的样本颜色R分量和目标颜色R分量之间的R分量真实误差以及该台摄像机的样本颜色B分量和目标颜色B分量之间的B分量真实误差根据R分量真实误差和B分量真实误差调节该台摄像机的红平衡参数和蓝平衡参数，然后执行2044。
2047独立颜色校准结束。
本发明实施例中，10台采集服务器对连接其上的4台摄像机进行独立颜色校准，得到并将该摄像机校准后的样本颜色发送给控制服务器5。以一台摄像机的独立校准为例，具体包括 204a对该台摄像机拍摄的6种亮度的白色光球图像，选取以步骤203所求白色光球球心坐标为中心，边长为11×11的方形区域，计算6种亮度的白色光球图像各自的方形区域内包含的像素的G分量平均值，并将计算出的各个G分量平均值分别作为该台摄像机的6种亮度的白色光球图像中对应的白色光球图像的样本颜色G分量，得到与该台摄像机对应的6种亮度的样本颜色G分量G[i](i＝1、2、3…6)。
204b计算该台摄像机的样本颜色G分量和目标颜色G分量之间的G分量误差平方和，即其中，Gt[i]为第i种亮度的目标颜色G分量，判断EG是否大于100，当EG＞100时，执行204c；否则，执行204d。
204c当EG＞100时，计算该台摄像机的样本颜色G分量和目标颜色G分量之间的G分量真实误差根据G分量真实误差VG调节该台摄像机的亮度增益，然后执行204a。
204d当EG≤100时，采用与步骤204a至204c中计算G[i]、EG及VG类似的方法，计算该台摄像机的样本颜色R分量R[i](i＝1，2，…，6)和样本颜色B分量B[i](i＝1，2，…，6)，相应的R分量误差平方和ER，B分量误差平方和EB，R分量真实误差VR，以及B分量真实误差VB，若ER＞100或EB＞100，则根据VR和VB调节摄像机的红平衡参数和蓝平衡参数，直到ER≤100并且EB≤100，则白平衡校准结束。
白平衡校准结束，则完成对该摄像机的独立颜色校准。
205控制服务器接收并根据各台摄像机校准后的样本颜色，对摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
具体地，2051控制服务器接收到各台摄像机的独立颜色校准后的样本颜色后，分别计算每台摄像机与摄像机阵列中的除该台摄像机自身外的其余摄像机之间的G分量相对误差平方和其中，N表示摄像机的台数，N大于等于2，G[i][j]表示第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的G分量，i＝1、2、…N，i＝1、2、…C。
2052选取每台摄像机对应的G分量相对误差平方和中最小的值DGmin，其中，DGmin对应的独立颜色校准后的样本颜色G分量为Gmin[j]，j＝1、2、…C。
2053对每台摄像机，当其对应的G分量相对误差平方和大于预设的样本颜色阈值时，以(G[i][j]+Gmin[j])/2作为该台摄像机的新的目标颜色G分量，该台摄像机对应的采集服务器对该台摄像机重新进行独立颜色校准，发送该台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器，然后执行2051。
2054当所有摄像机对应的G分量相对误差平方和均小于等于预设的样本颜色阈值时，控制服务器接收到各台摄像机的独立颜色校准后的样本颜色后，分别计算每台摄像机与摄像机阵列中的除该台摄像机自身外的其余摄像机之间的R分量相对误差平方和其中，N表示摄像机的台数，N大于等于2，R[i][j]表示第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的R分量，i＝1、2、…N，j＝1、2、…C；以及B分量相对误差平方和其中，N表示摄像机的台数，N大于等于2，B[i][j]表示第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的B分量，i＝1、2、…N，j＝1、2、…C。
2055选取每台摄像机对应的所有R分量相对误差平方和中R分量相对误差平方和最小的值DRmin以及所有B分量相对误差平方和中B分量相对误差平方和最小的值DBmin，其中，R分量相对误差平方和最小的值DRmin对应的独立颜色校准后的样本颜色R分量为Rmin[j]，j＝1、2、…C，B分量相对误差平方和最小的值DBmin对应的独立颜色校准后的样本颜色B分量为Bmin[j]，j＝1、2、…C。
2056对每台摄像机，当其对应的R分量相对误差平方和或B分量相对误差平方和大于预设的样本颜色阈值时，以(R[i][j]+Rmin[j])/2和(B[i][j]+Bmin[j])/2分别作为该台摄像机的新的目标颜色R分量和新的目标颜色B分量，该台摄像机对应的采集服务器对该台摄像机重新进行独立颜色校准，发送该台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器，然后执行步骤2054。
2057当所有摄像机对应的R分量相对误差平方和以及B分量相对误差平方和均小于等于所述预设的样本颜色阈值，对摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准结束。
本发明实施例中，控制服务器5接收到10台采集服务器发送的各台摄像机的校准后的样本颜色后，对各台摄像机进行联机校准，具体过程如下 205a摄像机数目为40台，设第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的R、G、B分量分别为R[i][j]、G[i][j]、B[i][j]，i＝1，2，…，40，j＝1，2，…，6。
205b计算第i台摄像机与其余摄像机的G分量相对误差平方和 205c对DG[i]进行排序，选取其中最小的值DGmin，该最小的值DGmin对应的样本颜色G分量为Gmin[j]。
205d对任意摄像机，判断DG[i]是否大于100，如果DG[i]＞100，则该摄像机以(G[i][j]+Gmin[j])/2作为新的目标颜色G分量，然后执行205a。
205e当所有摄像机的DG[i]≤100时，对所有摄像机样本颜色的R、B分量进行联机校准，从而得到所有摄像机的最终样本颜色，颜色校准结束。
其中，对所有摄像机样本颜色的R、B分量进行联机校准的方法与步骤205a至205d对所有摄像机样本颜色的G分量进行联机校准的方法类似，此处不再赘述。
需要说明的是，上述目标颜色可以通过下面的方法获得，用现有的基于颜色校准板的颜色校准方法校准摄像机，用校准好的摄像机拍摄得到白色光球图像，再计算白色光球图像的有效光球图像区域的颜色得到，目标颜色是比较准确的颜色值，也是颜色校准所要达到的目标。本发明实施例中有6种目标颜色，每种亮度的光球图像对应一种目标颜色。
本发明实施例所述的摄像机阵列的颜色校准方法，通过将各向一致性的白色光球作为校准基准物，可以有效解决摄像机阵列的同时颜色校准问题；并且，场景中仅有白色光球发光，能有效去除环境光的影响，从而提高了颜色校准的速度和精度；MCU能控制LED和摄像机按任意需求发光和采集，能适应多种需求；另外，通过联机校准尽可能的减小摄像机间的相对误差，进一步提高校准效果。
以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如计算机中的硬盘、光盘或软盘。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。
权利要求
1、一种摄像机阵列的颜色校准系统，其特征在于，所述系统包括白色光球、摄像机阵列、微程序控制器MCU、多台采集服务器和一台控制服务器；
所述白色光球，放置在所述颜色校准系统的中心，与所述MCU相连，在所述MCU控制下按预设的规则发光产生C种亮度；其中，C为大于等于1的整数；
所述摄像机阵列，包括多台摄像机，各台摄像机分布在所述颜色校准系统周围，各台摄像机分别与所述MCU相连，用于在所述MCU控制下拍摄所述白色光球得到一组包含C种亮度的白色光球图像；
所述MCU，分别与所述白色光球和所述摄像机阵列中的各台摄像机相连，用于控制所述白色光球按预设的规则发光产生C种亮度，以及控制所述摄像机阵列中的各台摄像机拍摄所述白色光球得到一组包含C种亮度的白色光球图像；
所述多台采集服务器中的每台采集服务器至少连接一台摄像机，所述每台采集服务器分别用于采集与其连接的各台摄像机拍摄的一组白色光球图像，并分别计算各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，根据计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，得到并发送各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到所述控制服务器；
所述控制服务器，用于接收并根据所述多台采集服务器发送的独立颜色校准后的样本颜色，对所述摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
2、根据权利要求1所述的摄像机阵列的颜色校准系统，其特征在于，
所述白色光球，为空心球体，表面颜色为白色，内部放置有发光二极管LED；其中，所述LED与所述MCU相连，在所述MCU控制下按预设的规则发光。
3、根据权利要求2所述的摄像机阵列的颜色校准系统，其特征在于，
所述白色光球的内部，还放置有折射白色光球，其中，所述折射白色光球位于所述LED的外部。
4、根据权利要求1-3任意一项所述的摄像机阵列的颜色校准系统，其特征在于，
所述多台采集服务器中的每台采集服务器通过通用串型总线USB或1394接口与所述摄像机阵列中的摄像机连接；
所述多台采集服务器和所述控制服务器之间通过以太网连接。
5、一种摄像机阵列的颜色校准方法，其特征在于，所述方法包括
微程序控制器MCU控制白色光球按预设的规则发光产生C种不同的亮度；其中，C为大于等于1的整数；
所述MCU控制摄像机阵列中的各台摄像机分别拍摄得到一组包含C种亮度的白色光球图像，并将该组白色光球图像发送到各自相连接的采集服务器；
每台采集服务器分别接收其对应的各台摄像机拍摄的各组白色光球图像，并计算各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标；
每台采集服务器根据计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，发送各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器；
所述控制服务器接收并根据各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色，对所述摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
6、根据权利要求5所述的摄像机阵列的颜色校准方法，其特征在于，所述微程序控制器MCU控制白色光球按预设的规则发光产生C种不同的亮度，具体包括
所述MCU控制在所述摄像机阵列的摄像机的第i帧曝光时间内，所述白色光球的发光时长为ti、第i+1帧曝光时间内，所述白色光球的发光时长为ti+1…第i+C-1帧曝光时间内，所述白色光球的发光时长为ti+C-1、第i+C帧曝光时间内，所述白色光球的发光时长为ti+C；其中，i为大于等于1的整数，ti小于等于第i帧曝光时间、ti+1小于等于第i+1帧曝光时间…ti+C-1小于等于第i+C-1帧曝光时间、ti+C小于等于第i+C帧曝光时间，且满足ti≠ti+1≠ti+2…≠ti+C-1、ti+C＝ti；
所述白色光球以C帧为一周期循环产生C种不同的亮度。
7、根据权利要求5所述的摄像机阵列的颜色校准方法，其特征在于，所述计算各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，具体包括
分别选取各台摄像机各自拍摄的C种亮度的白色光球图像中最亮的白色光球图像；
选取每台摄像机对应的最亮的白色光球图像中RGB值均大于预设的像素阈值的像素，计算这些像素坐标的平均值，将该平均值作为该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的白色光球球心坐标。
8、根据权利要求5所述的摄像机阵列的颜色校准方法，其特征在于，所述每台采集服务器根据计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，具体包括
每台采集服务器将计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为各台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分每台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域，计算每个有效光球图像区域内包含的像素的G分量平均值，并将计算出的G分量平均值作为每台摄像机对应亮度的白色光球图像的样本颜色G分量，得到与每台摄像机对应的C种亮度的样本颜色G分量为G[i]，i＝1、2、…C；
计算每台摄像机的样本颜色G分量和目标颜色G分量之间的G分量误差平方和其中，Gt[i]表示第i种亮度的目标颜色G分量；
对于G分量误差平方和大于预设的颜色阈值的摄像机，计算该台摄像机的样本颜色G分量和所述目标颜色G分量之间的G分量真实误差根据所述G分量真实误差调节该台摄像机的亮度增益，然后执行所述每台采集服务器将计算出的各台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为各台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分每台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域，计算每个有效光球图像区域内包含的像素的G分量平均值的步骤，直到该台摄像机的G分量误差平方和小于等于所述预设的颜色阈值；
对于G分量误差平方和小于等于所述预设的颜色阈值的摄像机，每台采集服务器将计算出的该台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域，计算每个有效光球图像区域内包含的像素的R分量平均值和B分量平均值，并将计算出的R分量平均值和B分量平均值分别作为该台摄像机对应亮度的白色光球图像的样本颜色R分量和样本颜色B分量，得到与该台摄像机对应的C种亮度的样本颜色R分量为R[i]，i＝1、2、…C，样本颜色B分量为B[i]，i＝1、2、…C；
计算该台摄像机的样本颜色R分量和目标颜色R分量之间的R分量误差平方和其中，Rt[i]表示第i种亮度的目标颜色R分量，以及样本颜色B分量和目标颜色B分量之间的B分量误差平方和其中，Bt[i]表示第i种亮度的目标颜色B分量；
当该台摄像机的R分量误差平方和或B分量误差平方和大于所述预设的颜色阈值时，计算该台摄像机的样本颜色R分量和所述目标颜色R分量之间的R分量真实误差以及该台摄像机的样本颜色B分量和所述目标颜色B分量之间的B分量真实误差根据所述R分量真实误差和所述B分量真实误差调节该台摄像机的红平衡参数和蓝平衡参数，然后执行每台采集服务器将计算出的该台摄像机拍摄的白色光球图像的白色光球球心坐标作为该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的中心，划分该台摄像机拍摄的每种亮度的白色光球图像的有效光球图像区域，计算每个有效光球图像区域内包含的像素的R分量平均值和B分量平均值的步骤，直到该台摄像机的R分量误差平方和以及B分量误差平方和均小于等于所述预设的颜色阈值。
9、根据权利要求5所述的摄像机阵列的颜色校准方法，其特征在于，所述控制服务器接收并根据各台摄像机独立颜色校准后的样本颜色，对所述摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准，具体包括
所述控制服务器接收到各台摄像机的独立颜色校准后的样本颜色后，分别计算每台摄像机与所述摄像机阵列中的除该台摄像机自身外的其余摄像机之间的G分量相对误差平方和其中，N表示摄像机的台数，N大于等于2，G[i][j]表示第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的G分量，i＝1、2、…N，j＝1、2、…C；
选取每台摄像机对应的G分量相对误差平方和中最小的值DGmin，其中，所述最小的值DGmin对应的独立颜色校准后的样本颜色G分量为Gmin[j]，j＝1、2、…C；
对每台摄像机，当其对应的G分量相对误差平方和大于所述预设的样本颜色阈值时，以(G[i][j]+Gmin[j])/2作为该台摄像机的新的目标颜色G分量，该台摄像机对应的采集服务器对该台摄像机重新进行独立颜色校准，发送该台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到所述控制服务器，然后执行所述控制服务器接收到各台摄像机的独立颜色校准后的样本颜色后，分别计算每台摄像机与所述摄像机阵列中的除该台摄像机自身外的其余摄像机之间的G分量相对误差平方和的步骤，直到该台摄像机对应的G分量相对误差平方和小于等于所述预设的样本颜色阈值；
当所有摄像机对应的G分量相对误差平方和均小于等于所述预设的样本颜色阈值时，所述控制服务器接收到各台摄像机的独立颜色校准后的样本颜色后，分别计算每台摄像机与所述摄像机阵列中的除该台摄像机自身外的其余摄像机之间的R分量相对误差平方和其中，N表示摄像机的台数，N大于等于2，R[i][j]表示第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的R分量，i＝1、2、…N，j＝1、2、…C；以及B分量相对误差平方和其中，N表示摄像机的台数，N大于等于2，B[i][j]表示第i台摄像机的第j种亮度的白色光球图像的B分量，i＝1、2、…N，j＝1、2、…C；
选取每台摄像机对应的R分量相对误差平方和中最小的值DRmin以及B分量相对误差平方和中最小的值DRmin，其中，所述最小的值DRmin对应的独立颜色校准后的样本颜色R分量为Rmin[j]，j＝1、2、…C，所述最小的值DBmin对应的独立颜色校准后的样本颜色B分量为Bmin[j]，j＝1、2、…C；
对每台摄像机，当其对应的R分量相对误差平方和或B分量相对误差平方和大于所述预设的样本颜色阈值时，以(R[i][j]+Rmin[j])/2和(B[i][j]+Bmin[j])/2分别作为该台摄像机的新的目标颜色R分量和新的目标颜色B分量，该台摄像机对应的采集服务器对该台摄像机重新进行独立颜色校准，发送该台摄像机独立颜色校准后的样本颜色到所述控制服务器，然后执行所述控制服务器接收到各台摄像机的独立颜色校准后的样本颜色后，分别计算每台摄像机与所述摄像机阵列中的除该台摄像机自身外的其余摄像机之间的R分量相对误差平方和以及B分量相对误差平方和的步骤，直到所有摄像机对应的R分量相对误差平方和以及B分量相对误差平方和均小于等于所述预设的样本颜色阈值。
全文摘要
本发明公开了一种摄像机阵列的颜色校准系统和方法，属于计算机多媒体领域。系统包括光球、摄像机阵列、微程序控制器MCU、多台采集服务器和一台控制服务器。方法包括微程序控制器MCU控制白色光球产生C种不同的亮度，并控制摄像机阵列中各台摄像机分别拍摄得到并发送一组包含C种亮度的白色光球图像到采集服务器；每台采集服务器分别接收并计算其对应的各台摄像机拍摄的各组白色光球图像的白色光球球心坐标；并根据计算出的白色光球球心坐标，分别对各台摄像机进行独立颜色校准，发送独立颜色校准后的样本颜色到控制服务器；控制服务器接收并根据独立颜色校准后的样本颜色，对摄像机阵列中的各台摄像机进行联机校准。
文档编号H04N17/00GK101616336SQ200910088299
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者戴琼海, 杨明进, 汛 曹 申请人:清华大学