[发明专利]环景显示系统摄像机仅对外参数的自动标定

说明书

技术领域

本发明涉及标定（calibrate）摄像机系统的方法，该摄像机系统包括具有预定内标定（intrinsic calibration）的多个摄像机，这些摄像机设置在诸如车辆的对象上，并且覆盖该对象周围环绕区域。

背景技术

在现代化的对象（诸如车辆）中，对于获取紧邻该对象的周围环境的信息存在日益增长的需求。例如，关于车辆，驾驶员经常期望获得超出用于控制停车距离的传感器的信息。在不熟悉的、狭窄的或受约束的空间中，或者在其它情况迫使司机或乘客（如果存在）下车以协助驾驶员的时候，这样的信息可能尤其有用。在这样的情况下，通常期望在控制显示器上呈现基本全面的影像，示出从鸟瞰的角度观察到的车辆和其周围环境。这样的影像通常不能通过经常用于感测和控制停车距离的超声波传感器获得。取而代之的是，经常使用摄像机来获得这样的影像。所获得的图像通常可以数字方式呈现在某种控制显示器上，该种控制显示器对于控制该车辆的驾驶员或人是很容易看到的。于是，这种清楚的概览视图使得驾驶员即使在受约束的空间中也能够准确地操纵该车辆或对象，甚至无需转他/她的头部。这样的信息即使在诸如公路以外的路这样的崎岖地形下也可以呈现厘米级的准确度，避开大石、树木、树桩和其它障碍物。而且，在驾驶拖车时，这样的信息可能也是尤其有用的。可因此基本上避免与花盆、墙，等物刮蹭。该系统在白天和夜晚均可使用，即使是在车辆正以低速移动的时候也可使用，并且，可在狭窄的驾驶环境下避免与其它车辆或者与非移动物体碰触。

对于部分或甚至完全在遥控下的对象，这样的信息也可能是有用的。

典型地，为了获得基本接近360度圆周的周围环境的视图，需要至少两个摄像机。这样的摄像机可设置在车辆的侧视镜上。从这些摄像机获取的关于汽车和其周围环境的数据可由中央计算机处理。

另外的摄像机可在对象的其它位置处被集成到摄像机系统中，因此，例如，起到监视与该车辆交叉移动的交通的作用。重要的问题是，要避免盲点/黑点，也就是，在车辆环绕区域中未被该系统的任何摄像机覆盖的点。

用于提供这样的概览影像的摄像机系统的一个重要方面，是该系统的标定。

一种用于摄像机标定的简单模型是应用于小孔摄像机的Tsai模型或类似的立体投影的小孔模型，可起到解释某些基础参数的作用。

Tsai摄像机模型是基于立体投影的小孔模型的。给定在3D世界（3D world）坐标系中一点的位置，该模型预测该点的图像在2D像素坐标系中的位置。Tsai模型具有11个参数，包括五个内部参数（也称为内参数（intrinsic parameter）的或内在参数），和六个外部参数。

内部参数包括，表示小孔摄像机的有效焦距的f，表示一阶径向透镜失真系数的k₁，表示径向透镜失真中心的坐标Cx，Cy，以及该摄像机坐标系的Z轴在摄像机传感器平面上的穿透点，sx表示比例因子，用于解释归因于帧捕获器（framegrabber）横向扫描线重新取样的任意不确定因素。

外部的参数（也称为外参数或外在参数）包括Rx、Ry、Rz，其表示用于世界与摄像机坐标系之间的转换的旋转角（欧拉（Euler）角），并且Tx、Ty、Tz表示翻译分量，用于在世界与摄像机坐标系之间的转换。指数x、y和z可等同地表示为1、2和3。