[发明专利]监控摄像机的标定方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种监控摄像机的标定方法和系统。

背景技术

视频监控是安全防护系统的重要部分，其中一个关键问题是如何对监控摄像机进行标定，得到其内部参数（主点坐标、脚距、扭曲因子等）和外部参数（摄像机坐标系相对于一个统一坐标系的旋转矩阵和平移向量），从而得到监控系统中各个摄像机的相对架设位置、朝向和监控视场范围等。

监控摄像机的标定方法主要有三种：传统的摄像机标定方法、基于主动视觉的摄像机标定方法和摄像机自标定方法。第一种方法需要将经过精密加工的标定物体（如标定块、标定板、标定棒等）放在摄像机的视场中，通过建立标定物体上的已知三维坐标的点与其在图像上的坐标的对应关系来计算摄像机的内部参数和外部参数。这种方法由于需要在每个摄像机上进行上述操作，因此标定过程费时费力；而且由于室外监控场景范围往往较大，而标定物体相对较小，因此其在图像上所占比例较小，导致标定误差较大。第二种方法主动控制摄像机做特殊运动（例如纯平移运动或绕光心旋转等），利用运动的特殊性来计算摄像机的内部参数和外部参数。但是，由于大多数监控摄像机的安装位置固定且运动很难控制，因此这种方法的适用性差；而且这种方法也需要对每个摄像机逐一进行标定，工作量大。第三种方法不需要标定物体，也不需要摄像机做特殊运动，而是直接利用待标定的摄像机（可以是多个）采集的多幅图像之间像素点的对应关系和内、外参的约束来进行标定。目前已有一些自标定技术能通过多视图几何的方法对多个摄像机同时进行标定，但是其要求多个摄像机的视场必须有较大的重叠区域，否则由于图像匹配失败，将无法进行标定。此外，一般要求多个监控摄像机采集的视频图像同步。但是，在监控系统的实际架设中，多数监控摄像机之间的重叠视场较小，而且由于联网条件等限制很难获得这些摄像机的同步视频，因此现有的自标定技术很难实现对多个摄像机同时进行标定。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能够标定无重叠视场下的监控摄像机的内部参数和外部参数的监控摄像机的标定方法。

本发明的另一个目的在于提出一种能够标定无重叠视场下的监控摄像机的内部参数和外部参数的监控摄像机的标定系统。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出一种监控摄像机的标定方法，包括：利用采集设备在待标定监控摄像机的场景中采集多幅图像，以及利用所述待标定监控摄像机采集图像；对所述采集设备采集的多幅图像进行特征匹配以获取所述多幅图像之间的匹配关系；根据所述多幅图像之间的匹配关系重构所述待标定监控摄像机的监控场景的三维点集；以及根据所述重构出的三维点集和所述待标定监控摄像机采集的图像计算所述待标定监控摄像机的参数。

在本发明的一个实施例中，所述利用采集设备在所述待标定监控摄像机的监控场景中采集多幅图像包括：标定所述采集设备的内参；利用已经标定好内参的所述采集设备在所述待标定监控摄像机的监控场景中主动采集多幅图像，其中所述多幅图像中的至少一些与所述待标定监控摄像机的视场的重叠部分超过预设值。

在本发明的一个实施例中，所述对所述采集设备采集的多幅图像进行特征匹配以获取所述多幅图像之间的匹配关系包括：当所述采集设备具有GPS传感器时，利用所述采集设备采集图像时获取的GPS位置信息获取每幅图像的相邻图像，并对相邻的图像进行两两匹配；以及当所述采集设备不具有GPS传感器时，对所述多幅图像进行两两匹配。

在本发明的一个实施例中，所述根据所述多幅图像之间的匹配关系重构所述待标定监控摄像机的监控场景的三维点集包括：从所述多幅图像中选择满足预设条件的两幅图像作为初始图像，其中所述预设条件为两幅图像上匹配点的数目多，且图像间退化不严重；根据所述初始图像上的匹配点对计算所述初始图像的摄像机矩阵；利用所述初始图像间的匹配关系和所述初始图像的摄像机矩阵重构所述监控场景的三维点；利用所述三维点和除所述初始图像外的其他图像扩充所述监控场景的三维点集。

在本发明的一个实施例中，所述利用所述三维点和除所述初始图像外的其他图像扩充所述监控场景的三维点集包括：判断是否所述采集设备采集的多幅图像均已经参与计算所述重构监控场景的三维点集；如果否，则从未参与所述重构的图像中找到与已经重构出的三维点最匹配的图像，并计算所述与已经重构出的三维点最匹配的图像对应的摄像机矩阵；利用所述与已经重构出的三维点最匹配的图像和已经计算出摄像机矩阵的其他图像的匹配点扩充所述监控场景的三维点集；对所述获得的摄像机矩阵和三维点进行优化。