[发明专利]用于确定第一和第二成像设备相对位置的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及照相机校准技术及设备领域。其涉及用于确定第一和第二成像设备相对位置和方向的方法和设备及应用。

背景技术

当利用两个或多个照相机捕获场景时，通常需要这些照相机的特性以有效使用捕获的数据或信息，例如推导出场景中目标的3-D信息。这些特征典型地包括照相机的位置、照相机的方向、和诸如分辨率、视野、偏斜等的内部照相机参数(也称为固有参数)。例如在创建场景的三维模型时，这些信息是典型地特别重要的。在现有技术中，照相机信息的复原通常被称为“照相机校准”。

当前的方案使用由照相机捕获的彩色信息以进行校准。然而通常要求校准步骤，其中校准步骤要求物理上带入或插入真实场景中的校准目标。于是，校准目标的已知特性被用于恢复照相机参数。

存在不需要这样校准目标的其它方案；然而，这些方案是缓慢和/或不可靠的。这些方案通常具有这样的问题，它们包括困难的初始设置，它们仅工作于具有特定特征类型的场景，或者它们要求有关场景的附加知识或信息。这些方案不允许对终端用户透明的照相机校准。此外在维持照相机校准时难以支持移动照相机。现有技术的方法的确更多地要求实质处理能力。

大部分现有技术也确实不允许实时3-D信息提取。

在现有技术中，存在用于推导出真实目标的3-D信息的技术，例如使用该目标的3-D信息表示作为例如虚拟世界的虚拟环境中的目标。用于“将真实目标转换为3-D数字信息”的现有技术的实例包括利用一个或多个激光对目标进行扫描。

发明内容

当使用如“第一”、“第二”、“第三”或类似的术语时，这不必然意味着设定的顺序或时间次序。

术语“包括”应被理解为其不排除其他元素或步骤。

根据本发明的第一方面，公开了一种用于通过分别在第一和第二成像设备的第一和第二图像中比较通常描述的目标的图像来确定第一和第二成像设备的相对位置和方向的方法，其中第一和第二成像设备适于分别提供用于所述各图像的第一和第二景深信息，并且其中至少所述第一和所述第二景深信息用于所述确定。

本发明的实施方式可能除颜色数据外，还利用景深信息和数据来优化照相机校准处理。对于能够利用该技术的照相机，对每个像素除了颜色值外，还典型地可以使用景深值。该景深数值是在特定范围内的值，其表示景深的相对概念。用于图像的所有景深值的集合表示景深图，其中景深图可以通过现有技术中已知的各种技术获得。例如这可以通过直接捕获景深数据以及颜色数据来实现(例如通过飞行测量的时间)。另外，用于导出景深数据的更普通的方法从场景的两个(或更多)邻近图像中产生这样的景深图。邻近图像可定义为具有足够重叠的图像。通常使用的是与图像平面放置同一平面上的照相机，并且照相机中心之间的距离在3和100cm之间。利用该景深信息能够进行快速的照相机校准(位置和方向)，而不需要进行物理操作以及将校准目标带入到场景中，能够进行动态照相机配置。

根据本发明的实施方式，该方法包括：

a.确定一组至少四个参考点，在所述第一图像上和所述第二图像上可识别的所述参考点作为投影参考点；

b.通过使用所述第一图像中用于所述参考点图像的所述第一景深信息导出相对于所述第一成像设备的所述参考点的虚拟位置；

c.设置所述第一成像设备的预定方向；

d.通过使用所述第二图像中所述参考点图像的所述第二景深信息导出相对于所述虚拟参考点的所述第二成像设备的位置；

e.通过优化所述第二图像上所述参考点的图像和虚拟参考点之间的对准关系来确定所述第二成像设备的方向。

由于所有恢复的位置和方向将与该预定的方向(和该第一成像设备的位置)相关，可以自由地确定第一成像设备的方向。

术语“参考点”用于3D表示，并且术语“(在特定成像设备上的)投影参考点”用于与成像设备相关联的2D表示。此外可以在“真实的”参考点和“虚拟的”参考点之间获得差别；第一个是真实世界中的真实点，以及第二个是从成像设备背投(back-projected)到虚拟3D空间中的参考点(在“完善的”系统中真实的和虚拟的是相等的；也就是，没有捕获误差的系统)。可以将至少四个真实参考点视为真实点，对于第一和第二成像设备是可见的真实世界中的点。至少四个虚拟参考点可以视为从成像设备的投影参考点导出的点。

可以自动确定至少四个(投影)参考点，例如通过自动图像识别或其他现有技术中的识别技术。

优选地，至少四个虚拟参考点不在同一平面内。