[发明专利]变焦镜头标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种变焦镜头标定方法。

背景技术

虚拟演播室系统中一个关键技术就是摄像机跟踪技术，跟踪技术包括图像跟踪，机械传感器跟踪，电磁跟踪等技术。其中机械跟踪包含两个关键技术，初始定位技术和跟踪技术。跟踪技术主要是利用传感器传回的角度值，对摄像机的姿态(包括摄像机的位置和朝向)进行修改，使得当摄像机姿态发生变化时，虚拟场景能够随之发生相应的改变，和实际场景(比如主持人)的变换保持一致。同时，当摄像机镜头变焦时，虚拟场景应该随之进行相应的放大或缩小。本文描述的变焦镜头的标定技术，提出了一种测量摄像机镜头内部参数的方法，使得当实际摄像机焦距发生改变时，虚拟摄像机也能做相应的改变，使重新渲染的虚拟场景能够和真实场景的变化保持一致。

如上所述，作为虚拟演播室的关键技术的摄像机跟踪技术，跟踪是否准确直接影响到虚拟场景和真实场景的叠加效果。若跟踪不准确，则来自摄像机的视频图像和图文工作站渲染的虚拟场景会出现错位的现象，导致虚拟场景给人一种不真实的感觉，使得虚拟演播室失去了意义。

目前普遍使用的跟踪技术是机械传感跟踪。这项技术中有两项很重要的关键技术：初始定位和变焦镜头的标定。初始定位是计算摄像机的初始姿态，为后期跟踪提供一个基础，该基础的好坏会影响到跟踪的准确性。然而变焦镜头的标定，则同样是非常关键的技术。在跟踪过程中一旦摄像机镜头的焦距发生改变，则需要修改镜头内部参数，这些内部参数的准确性，直接影响到虚拟场景放大(或缩小)倍数与实际场景是否一致，并且放大(或缩小)后是否还能够和实际场景很好的重合。

摄像机变焦镜头标定技术主要目的是测量摄像机内部参数，即确定摄像机内部参数矩阵K：

K=-f/dx0U00f/dyV0001---(1)]]>

如图1所示，平面a表示摄像机的成像平面(b和a是同一个平面)。A点表示z轴与成像平面的交点，也就是光心在图像平面上的位置。K矩阵中的f表示镜头的焦距，dx和dy如图1所示，表示一个像素的宽度和高度(以mm为单位)。U₀和V₀则表示光心在图像平面上的位置。

目前国际上对于定焦(焦距不改变)镜头的标定技术已经比较成熟，大多采用图像分析的方法，比如利用图2中所示的标志板来进行计算。这种标定方法在镜头焦距比较短的时候，效果很好，但是当镜头焦距达到80mm甚至是更长时，标定的不确定度会比较大。一般的摄像机最长焦距都可以达到160mm以上，因此直接用这种方法来处理长焦镜头是不太合适的。

发明内容

本发明要提供一种变焦镜头的标定方法，实现真实摄像机的焦距变化时，虚拟摄像机对真实摄像机的准确跟踪。

为达到上述目的，本发明提供一种变焦镜头的标定方法，包括以下步骤：

对于一标准参照物，获取变焦镜头在不同焦距下拍摄的图像；

根据所述不同焦距下拍摄的图像，获取不同焦距与镜头内部参数和补偿矩阵的对应关系。

其中，所述标准参照物为标志板。

其中，所述获取变焦镜头在不同焦距下拍摄的图像的步骤具体包括：

将变焦镜头的焦距调至最小，拍摄当前图像。

增加焦距直至焦距的最大值，在焦距增加过程中，记录每次焦距增加时的变焦脉冲，并进行图像采集。