[发明专利]一种多相机系统的加权标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉的运动捕捉、动作数据采集和分析等领域，特别涉及多相机系统的标定方法。

背景技术

多相机（包括多摄像机或多照相机）系统广泛应用于影视和游戏制作中的运动捕捉，体育训练、比赛和转播中的动作分析，以及医学康复训练中的步态分析等领域。多相机系统的标定，即确定各个相机的内、外参数，是多相机系统进行高效可靠工作不可或缺的重要步骤。

经典的多相机系统标定方法多是借助三维标定块或二维平面标定板(Zhang Z Y. A flexible new technique for camera calibration, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 22 (11) (2000) 1330–1334)实现标定，但这些标定物存在自身遮挡，无法从多个视角同时观测到标定物，因而无法一次性地标定多相机系统，且会引入累积误差。Zhang提出的一维标定方法（Zhang Z Y. Camera calibration with one-dimensional objects. in: Proc. European Conf. Computer Vision, vol. 4, pp. 161-174, 2002），由于一维标定物不存在自身遮挡，特别适合多相机系统。但现有的一维标定方法主要讨论如何降低一维标定物的运动约束，实际使用中亟需解决的实用性差、精度低等问题未得到应有的重视，因而难以实际应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种较为实用的、高精度多相机系统的标定方法。

一种多相机系统的加权标定方法，其特征在于应用以下装置，

标定部件位于多相机系统的工作区域内，标定部件与标定部件底座铰链或万向节连接，且连接的运动中心位于标定部件的直杆的中心线上，即与标志点共线；标定部件底座装配有用来驱动标定部件做绕固定点转动的电机；

三自由度运动平台，与标定部件底座固连；

所述的标定部件由一个直杆串三个以上的球形标志物构成，球形标志物的球心位于直杆的中心线上，球心之间的距离已知且保持固定；取标定部件上的球形标志物的球心做标志点，并将球形标志物设置成单色色彩；

方法包括以下步骤：

步骤1：令标定部件在工作区域内自动地做绕固定点的转动，多相机系统中的各个相机同步地拍摄标定物转动的视频或图像序列，将拍摄的标定部件的视频或图像序列输入计算机；

步骤2：同一时刻不同相机拍摄的各帧图像构成一组图像对应，对应于标定部件在该时刻的位姿，标定部件上某一标志点在一组图像对应中的图像坐标构成一组点对应，具有多个标志点的标定部件转动多次，得到多组点对应；从输入的视频或图像序列提取标志点，建立点对应；

步骤3：对于多相机系统中每个相机，使用步骤2提取出的标志点的图像坐标，利用基于加权的方法标定相机内参数；

步骤4：利用标志点的图像坐标及步骤3得到的内参数根据多视几何标定多相机系统的外参数。

进一步，所述的利用基于加权的方法标定相机内参数，针对每个相机，根据标定部件上标志点间的距离信息和标志点的图像坐标估计标志点的相对深度，并且在计算相对深度时选取标志点深度的最小值作为参照，然后利用相对深度构造权系数对关于绝对二次曲线的像的约束方程进行加权，从而估计出绝对二次曲线的像，进而确定相机的内参数。

进一步，所述的基于加权的方法标定相机内参数，包括如下步骤：

1) 估计标定部件上标志点的相对深度：对标志点的图像坐标进行归一化预处理，然后根据交比不变量构造关于标志点深度的约束方程，求解后选取标志点深度的最小值作为参照计算相对深度；

2) 利用加权思想构造并求解关于绝对二次曲线的像的加权约束方程：根据标定部件上的标志点之间的距离已知，构造相机对应的绝对二次曲线的像的约束方程组，利用相对深度构造权系数对该方程组进行加权，进而估计出相机对应的绝对二次曲线的像；

3) 确定相机的内参数：根据相机对应的绝对二次曲线的像利用乔里斯基分解得到相机的内参数。