[发明专利]一种用于高清智能网络摄像机的摄像头标定方法

说明书

技术领域

本发明属于视频图像分析技术领域，特别是指一种高清智能网络摄像机的摄像头标定方法。

背景技术

当前，随着视频监控系统逐步向数字化、网络化、高清化、智能化方向发展，高清智能网络摄像机已经受到越来越多的各个领域用户的青睐。高清智能网络摄像机通常由CAPUTRE(视频捕捉单元)、2A(自动白平衡、自动曝光处理单元)、DSP(视频处理单元)；IP(网络传输单元)等部分构成。

在智能化分析过程中，为了对目标准确跟踪，需要知道图像上显示的物体在实际场景中真实大小。为此需要对一个数学模型进行实验计算来确定反映图像上位置与空间物体表面相应点的几何关系的摄像机参数，这个实验与计算过程即为标定。在对摄像机标定后，就可以由得到的标定矩阵进行行为分析等处理。例如：可以得到物体的世界高度、摄像机高度、物体运动速度等。在摄像机标定前需要选择摄像机模型，模型分为线性(针孔)模型和非线性模型两种。

线性摄像机模型的自标定是计算机视觉领域研究的热点之一，它不考虑镜头畸变等因素，目前的普遍使用的方法就其本质而言，均是基于绝对二次曲线或其对偶绝对二次曲线方法。

而非线性摄像机模型考虑镜头畸变，但其较复杂及目前监控场景的实际需求，就不考虑这种非线性模型。在选择好摄像机模型后，如何确定摄像机内外参数，即建立一个能把图像与世界坐标系的对应关系联系起来的模型将是标定的关键。

摄像机的标定可分为三类：传统的摄像机标定方法、主动视觉摄像机标定方法、摄像机自标定方法。

传统标定方法的优点是，可以使用于任意的摄像机模型，标定精度高；缺点是标定过程复杂，需要高精度的已知结构信息，在实际应用中很多情况下无法使用标定块。代表性的方法包括：Abdal-Aziz和Karara于70年代初提出了直接线性变换像机定标的方法，他们从摄影测量学的角度深入的研究了像机图像和环境物体之间的关系，建立了像机成像几何的线性模型，这种线性模型参数的估计完全可以由线性方程的求解来实现；80年代中期Tsai提出的基于RAC的定标方法是计算机视觉像机定标方面的一项重要工作，该方法的核心是利用径向一致约束来求解除(像机光轴方向的平移)外的其它像机外参数，然后再求解像机的其它参数。基于RAC方法的最大好处是它所使用的大部分方程是线性方程，从而降低了参数求解的复杂性，因此其定标过程快捷、准确；1999年张正友的平面标定方法是介于传统标定方法和自标定方法之间的一种方法，它既避免了传统方法设备要求高，操作繁琐等缺点，又较自标定方法精度高，符合办公、家庭使用的桌面视觉系统(DVS)的标定要求，张正友的平面标定的方法是需要确定模板上点阵的物理坐标以及图像和模板之间的点的精确匹配，这给不熟悉计算机视觉的使用者带来了不便。还有一些如圆标定及平行圆标定方法等。

主动视觉摄像机标定模型优点是，通常可以线性求解，鲁棒性比较高；缺点是不能使用于摄像机运动未知和无法控制的场合。这类方法典型代表包括：基于平面单应矩阵的正交运动方法及基于外极点的正交运动方法。这两种主动视觉标定方法与最经典的主动视觉标定方法(马颂德的三正交运动法)相比，具有如下优点：照相机的二正交运动比三正交运动更容易实现；可以求解摄像机的所有5个内参数，马颂德的方法可以求解4个内参数。

摄像机自标定模型优点是，仅需要建立图像之间的对应，灵活性强，潜在应用范围广；缺点是鲁棒性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高清智能网络摄像机的摄像头标定方法，它可通过一个人站在至少三个不同位置及一条水平直线建立高度投影模型和水平投影模型对摄像机进行标定。本发明采用一种鲁棒性高、且简单有效的方法来建立图像到地平面间的摄像投影模型，从而达到对目标物准确跟踪、去除噪声的目的。

本发明的技术方案是：

本发明是在高清智能IPC的智能分析环节，增加一种适用于监控场景下简单有效的摄像机标定技术。

为了求物体的高度和水平运动速度，需要建立高度投影模型和水平投影模型。

首先，本发明假定摄像机光心是图像的中心；其次不考虑镜头径向畸变和其它摄像机异常，摄像机坐标系与世界坐标系对应关系如下：(如2图所示)

IPS坐标系下一点M坐标X_M＝(x，y，-f)，对应PCS坐标系为设OP所在光线为l，可知l包含O，M，l描述为：x＝μX_M，μ为尺度因子，l从IPCS影射到GPCS描述为：X＝μRX_M+t。具体世界坐标如下：