[发明专利]相机环形阵列的图像矫正方法、系统及介质

说明书

相机环形阵列的图像矫正方法、设备及介质，方法为：标定相机的内参与外参；计算阵列中心，计算各相机的线性中心、相机平面的法向，将相机位置、线性中心投影至相机平面，使所有相机投影到圆心距离与圆半径之差的平方和最小；将线性中心投影至相机圆的轴线，即为最终的阵列中心；依据阵列中心进行相机旋转矫正、内参矫正；依据矫正前后的参数，进行单应性矩阵计算。本发明的方法通过对图片进行单应性变换，使得图片对应的相机参数削弱了相机朝向、图像水平方向的抖动；焦距与到阵列中心距离成正比，使得处于阵列中心的物体成像大小一致，削弱了成像大小的抖动。

技术领域

本发明涉及计算机图像处理领域，具体地说是一种相机环形阵列的图像矫正方法、系统及介质。

背景技术

环形相机阵列是一种应用广泛的相机阵列，最为熟知的应用就是拍摄子弹时间(Bullet time)特效；子弹时间是一种在电影、电视或电脑游戏中用计算机辅助的摄影技术模拟变速的特效。

然而，若直接将阵列拍摄得到的图像序列合成视频，观感上会发现明显的抖动，不能作为特效直接使用；即使试图通过手动调整相机参数来削弱抖动，也往往因为精度不足而难以奏效，同时也极度消耗人力；若采用电子云台等装置，则相当消耗物力。

发明内容

本发明为解决现有的问题，旨在提供一种相机环形阵列的图像矫正方法、系统及介质。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

S1，标定相机的内参与外参；

S2，计算阵列中心，计算各相机的线性中心、相机平面的法向，将相机位置、线性中心投影至相机平面，使所有相机投影到圆心距离与圆半径之差的平方和最小；将线性中心投影至相机圆的轴线，即为最终的阵列中心；

S3，依据阵列中心进行相机旋转矫正、内参矫正；

S4，依据矫正前后的参数，进行单应性矩阵计算。

进一步地，还包括S5，将每个单应性矩阵应用于全为1的0-1二值图像，并将变换后不能找到原始对应像素的像素值置为0；对所有的二值图像取与，形成所有变换后图像公共有效区域的掩膜，从中确定最终的裁剪区域。

进一步地，还包括S6，利用每个相机的单应性矩阵将拍摄的图片序列进行变换，并按照裁剪框裁切；在相机参数没有发生变化的情况下，将同样的单应性矩阵与裁剪框运用于不同的采集图片上。

进一步地，S1中，所述相机内参标定相机的焦距(f_x,f_y)与主点坐标(c_x,c_y)，并定义相机的内参矩阵K：

进一步地，相机的外参为从世界坐标系到相机坐标系的刚体变换，由一个旋转变换和一个平移变换复合而成。

进一步地，S2的估算线性中心中，通过相机位置、并以相机朝向为方向的相机直线估算到所有直线距离之和最小的点；最优解与相机位姿的关系，有公式：

T_i为每个相机在世界坐标系中位置；

为每个相机在世界坐标系下的朝向单位向量；

为三维点x到直线的距离。

进一步地，对于每个相机，有系统A_ix＝b_i，其中：其中I_3×3为三行三列的单位阵；

记总共N个相机，将每个相机形成的线性系统上下堆叠，以形成新的关于x的线性系统：

求解上述线性系统，求得x即为所求