[发明专利]摄影机定位修正标定方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种摄影机定位修正标定方法及实现该方法的系统，属于影像虚拟制作技术领域。

背景技术

虚拟摄影机姿态以及视场角是计算机图像渲染引擎所需的两个非常重要信息。在虚拟摄影制作流程中，为了获得好的视觉效果，要求实拍画面与虚拟画面匹配。这种匹配是指虚拟画面的效果能够模仿真实摄影机的拍摄效果，如果摄影机镜头的焦距、对焦距离发生改变，虚拟摄影机的视场角也相应的实时改变；当摄影机机位发生改变，计算机图像生成引擎中的虚拟摄影机机位也对应地发生位置上的改变。新奥特(北京)视频技术有限公司提出一种标定参数的获取方法和装置(申请号200810223256.3)，该方法通过已知足够多的参考点的空间坐标采用双平面坐标标定方法或线性标定方法计算摄像机的内部参数和外部参数，摄像机的内部参数包括摄像机的光学和几何学特性、焦距，比例因子和镜头畸变等，摄像机的外部参数包括摄像机坐标相对于世界坐标系的位置和方向，然后采用蚁群算法对参数进行优化，并生成评价函数。但该文件并未给出具体的实施方式和技术方案，并且也未说明具体采用何种参数进行计算。公安部物证鉴定中心提出的一种标定摄像机参数的方法及装置(申请号201010144764.X)虽然是一种标定摄像机的方法但是其要解决的问题与本发明不同，该申请根据标定靶图像中像主点附近无畸变区域像素点坐标构建虚拟网格从而计算摄像机畸变系数，完成摄像机内参数标定，而且与摄像机外部参数无关。日本丰田自动织机株式会社提出的一种视频图像位置关系修正设备及具有该视频图像位置关系修正设备的转向辅助设备和视频图像位置关系修正方法(申请号200480041109.4)，该申请基于通过摄像机实际捕获并显示的视频图像参考点和虚拟目标点在监视器上坐标之间的偏差计算坐标变换参数，从而用于推导虚拟目标的监视器坐标。北京经纬恒润科技有限公司提出一种仿真台架摄像机标定方法及实时机(申请号201510134249.6)，通过建立的虚拟摄像机采集标定参考物并成像，建立其任一点与虚拟摄像机图像平面坐标之间的关系，然后由真实摄像机采集所述成像建立标定参考物任一点在虚拟摄像机中的成像点与真实摄像机图像平面坐标之间的对应关系，利用这两个关系求解得到标定参考物任一点与真实摄像机图像平面坐标之间的对应关系，从而消除虚拟摄像机到真实摄像机之间存在的参数差异。该方法中需要先建立虚拟摄像机，而本发明直接计算与实际摄影机相符合的视场角、摄影机在世界坐标系下的姿态信息(含旋转角和摄影机位置)给图像渲染引擎。

为了达到这样的目的，我们必须能够实时得到在给定的坐标系下摄影机的位置、姿态和视场角信息。现在通常的做法是在摄影机上安装摄影机姿态外部跟踪设备如光学跟踪设备，通过测量摄影机的传感器位置与光学跟踪设备的偏移，估计摄影机的位置、姿态信息。已有的实时影像虚拟预演系统的摄影机跟踪方法，主要以手动方式测量，然后根据绿幕标记点或者其他特征点，进行手动调整，此外也没有考虑对焦距离与视场角等因素，因而导致效率较低并且精度较低，导致来自摄影机的视频图像和计算机生成的虚拟场景出现错位现象，导致虚拟场景给人一种不真实的感觉，虚拟场景和真实场景的叠加效果不理想。

发明内容

为了达到虚拟背景与实拍图像完美匹配的目的，摄影机的位置应与计算机图像渲染引擎接受的虚拟摄影机的位置相同。计算机图像渲染引擎的虚拟摄影机的成像服从小孔成像原理，所以与之匹配的真实摄影机位置则是摄影机的透视中心，即入瞳与光轴的交点。所以最后得到摄影机修正标定信息是摄影机姿态外部跟踪设备(如光学跟踪设备)与摄影机透视中心的位置差信息。基于上述原理，本发明提供一种对摄影机定位进行修正标定的方法及系统，通过镜头参数、成像面和光学跟踪设备之间的内在关系，对虚拟制作系统的虚拟摄影机的位置进行全自动定位修正，并计算与实际摄影机相符合的视场角、摄影机位置、摄影机姿态给图像渲染引擎，从而使得当摄影机位置、镜头焦距、对焦距离发生变化时，自动实时的得到摄影机标定修正参数，并根据标定修正参数得到计算机图像渲染引擎的虚拟摄影机坐标和姿态，使得实拍视频帧画面与计算机产生的虚拟帧图像完美匹配。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种对摄影机定位进行修正标定的方法，包括以下步骤：