[发明专利]一种基于旋转模型的主从摄像机系统的标定以及联动方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像机系统标定方法，特指一种基于旋转模型的主从摄像机系统的标定以及联动方法，属于图像信息处理领域。

背景技术

近年来，随着视频监控技术的发展，鱼眼镜头摄像机监控设备的市场需求度越来越大。基于鱼眼镜头的监控摄像机可以生成包含全方位场景信息的全景视频图像，能够实现大视野、宽视角场景图像的获取，在安防监控领域具有非常重要的应用价值。然而鱼眼镜头摄像机在局部范围的分辨率很低，因此，其实用价值受到一定程度的限制。

主从摄像机系统是一种新型监控系统，一般由鱼眼镜头摄像机和PTZ(pan-tilt-zoom)摄像机组成，PTZ摄像机也可称为球机摄像机，在该系统中，鱼眼镜头摄像机负责全局无盲区的实时监控，PTZ摄像机利用其高速旋转及变倍的功能实现对场景中某一任意局部的高清拍摄。主从摄像机系统既能像鱼眼镜头摄像机一样“看得全”，又能和PTZ一样“看得清”。

当用户在鱼眼镜头摄像机画面上看到感兴趣的目标后，其通过指定鱼眼图像中的感兴趣位置，PTZ摄像机能够迅速的自动旋转至指定位置，这一功能一般被称作联动。为了实现联动功能，需要进行主从摄像机系统的标定，即标定出从鱼眼图像的像素坐标到PTZ摄像机的旋转角度的映射关系。

由于鱼眼摄像机和PTZ摄像机之间的位置关系不确定，即使存在相对确定的关系，但是由于存在安装等方面的误差，也使得所需要的映射关系不能够精确明确，因此进行标定是主从摄像机系统的必须步骤。实现标定较为直观的方法是逐块人工标定，即在鱼眼图像中分割出很多块，人工旋转PTZ摄像机，并记录下每块图像对应的PTZ摄像机旋转参数，最终采用插值方法求出所有位置的映射关系，这种方法在操作中存在费时费力的缺点。

发明内容

针对主从摄像机系统的标定问题，本发明提出一种基于旋转模型的主从摄像机系统标定以及联动方法。

为实现上述发明目的，本发明一种基于旋转模型的主从摄像机系统的标定以及联动方法，其采用的技术方案包括两个方面：标定过程和联动过程。

其中标定过程是指获得映射关系的过程，包括以下四个步骤：

标定过程第一步：初步调整。

采用人工操作或自动操作或两者结合的方式，调整PTZ摄像机的云台旋转角度，使得PTZ摄像机的拍摄方向与鱼眼摄像机拍摄方向基本一致，使得PTZ摄像机的画面基本位于鱼眼摄像机的画面内，此时，记录下PTZ摄像机的Pan旋转角度α和Tilt旋转角度β；

在标定过程第一步中，鱼眼摄像机是指一种常用的监控摄像机，该类型的监控摄像机具有一个特征，即其配备的镜头为固定焦距的鱼眼镜头，这种鱼眼镜头能使得监控摄像机具备超广角的拍摄能力，其拍摄角度一般能达到170度以上甚至超过180度。

在标定过程第一步中，PTZ摄像机是指一种常用的监控摄像机，该类型的监控摄像机具有两大特征，第一是其具有可变焦的镜头，第二是其内置一个云台，云台使得摄像机可绕两个轴旋转(Pan旋转轴和Tilt旋转轴)，通过云台控制接口操作云台的旋转。

在标定过程第一步中，人工操作是指监控人员通过PTZ摄像机的云台控制接口来调整PTZ摄像机的云台旋转角度；自动操作是指在计算机软件或主从摄像机系统的存储器中，存储有一组Pan旋转角度α和Tilt旋转角度β参数，通过将该参数自动设置到PTZ摄像机中，能完成初步调整任务，这组参数可在主从摄像机系统的安装过程中估算得到，也可在主从摄像机系统的使用过程中修改；两者结合的方式是指先采用自动操作的方式进行初步调整的粗调，再采用手动操作的方式进行细调。

标定过程第二步：对鱼眼图像(即鱼眼摄像机拍摄的图像)和PTZ摄像机图像(即PTZ摄像机拍摄的图像)进行特征点匹配，得到匹配点集合的二维坐标形式其中m_f＝(x_f,y_f)^T是鱼眼图像中的特征点的二维图像坐标，m_p＝(x_p,y_p)^T是PTZ摄像机图像中的特征点的二维图像坐标，N_fp是特征点对个数；