[发明专利]一种基于传感器的室外摄像机跟踪的方法及系统

权利要求书

1.一种基于传感器的室外摄像机跟踪的方法，其特征在于，包括：

标定摄像机内参数，所述摄像机内参数包括焦距、光心图像坐标、畸变参数和云台参数；

获取摄像机外参数，所述摄像机外参数包括正交矩阵和光心世界坐标；

依据所述摄像机内参数和摄像机外参数生成投影矩阵；

依据所述投影矩阵，在字幕机上播出虚拟图形；

其中，所述标定摄像机内参数的步骤包括：

采用张正友算法获取在固定的摄像机变焦值和聚焦值下的摄像机初始内参数；

将摄像机转动到不同姿态，并对已知尺寸的标志板进行拍照，同时记录下传感器返回的数据；

依据所述摄像机初始内参数和传感器返回的数据，采用如下公式计算摄像机内参数：

inpara＝(f_x,f_y,u₀,v₀,kc₁,kc₂,zAxis,yAxis,φ₀)

其中，θ，φ分别为传感器传回的平摇角和俯仰角；x_i,j为第j张图片上，第i个点的图像坐标，P_j为第j张图片对应的摄像机姿态对应的投影矩阵，X_i为第i个点的世界坐标，为已知量；f_x,f_y为两个方向的焦距，u₀,v₀为两个方向光心的图像坐标，kc₁为畸变1,kc₂为畸变2，zAxis为z轴距、yAxis为y轴距、φ₀为俯仰零点偏差角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述依据所述摄像机内参数和摄像机外参数生成投影矩阵的步骤之前，还包括：

对所述摄像机内参数和摄像机外参数按照预置规则进行调整，获得调整后的摄像机内参数和摄像机外参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述云台参数包括z轴距zAxis、y轴距yAxis和俯仰零点偏差角φ₀，所述获取摄像机外参数的步骤包括：

依据所述云台参数采用如下公式计算外参数矩阵：

其中，正交矩阵R₃₃由如下公式获得：

在所述公式中，为初始时刻的正交矩阵，为以axis₁为轴，旋转θ角获得的正交矩阵，为以axis₂为轴，旋转φ角获得的正交矩阵，φ⁰，θ⁰分别为初始时刻的俯仰角、平摇角，为零矩阵[0₃]的转阵；

其中，转轴axis₁和axis₂分别由初始正交矩阵的第一行行矢量和第二行行矢量得到：

E₃由云台几何性质获得，

其中，E₃为光心世界坐标；为初始时刻的光心世界坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定摄像机内参数的步骤还包括：

在通过摄像机观察标志板，调整摄像机俯仰角为0的情况下，记摄像机寻像器中水平标线和标志板两边的交点为a,b，分别将摄像机光心对准a，b，记录下状态b相对状态a平摇角的差为θ，从状态a平摇摄像器到θ/2，记录此时a和b在图像上的相对位置为l，则通过以下公式获得焦距f_x和z轴距为：

其中，zAxis的单位为像素，像素和物理尺度的转化关系中，所述物理尺度的单位为毫米。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述标定摄像机内参数的步骤还包括加速策略：

第一步，将摄像机调整到最小变焦值，获得当前所有摄像机内参数；

第二步，将摄像机对准回形框，测量此时外参数；

第三步，在变焦的过程中，识别出镜头中的所有回形框，计算出焦距和光心；

第四步，将摄像机平摇俯仰一定角度，使得回形框处于图像一角，重复所述第二步和第三步，单独测量出畸变参数。