[发明专利]一种基于任意分布式配置的多PTZ相机的室外中远距场景标定方法

说明书

本发明提供一种基于任意分布式配置的多PTZ相机的室外中远距场景标定方法，先搭建带有不同姿态标定板的标定架，先通过前后变焦法标定出相机的光心图像坐标，再按照两步标定法得到相机的内参；接着针对相机的转动结构，构建云台转动模型，该模型的输入是PTZ相机的方位角和俯仰角，输出为相机的光心坐标；最后在场景中选取标定点并构建世界坐标系，转动PTZ相机并观察标定点，根据前面标定出的相机内参以及由云台转动模型给出的光心坐标，计算出相机坐标系与场景中世界坐标系的转换关系，场景中所有的PTZ相机坐标系均以该世界坐标系为中间转换坐标系，实现相机坐标系之间的坐标转换。本发明可实现多PTZ相机在大场景下的精确互引导。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术，特别涉及一种基于任意分布式配置的多PTZ(Pan/Tilt/Zoom，代表云台全方位移动及镜头变倍、变焦控制)相机的室外中远距场景标定技术，用于大场景下多PTZ相机之间以及其它传感器与PTZ相机之间的互引导。

背景技术

当今世界发展日新月异，科技进步飞速，智能化战系统成为未来的发展趋势。其中，目标侦察更是占据了重要地位。而随着计算机视觉技术的发展，计算机视觉的应用已经在智能化侦察中占据越来越重要的地位。计算机视觉是从图像或图像序列中获取对目标的描述，所以能够以二维的形式获取大量的目标颜色和形状等信息。

基于多PTZ相机组成的多传感器协同侦察网络具有侦察范围广、直观便捷、信息量大的特点，从而便于观察人员直观获取大量有效信息，做出更加合理、准确的判断和指挥。为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。进行摄像机标定的目的就是求出相机的内、外参数以及畸变参数。多PTZ相机的协同侦察需要通过传感器之间的互引导来实现，而完成传感器间的互引导需要相机和场景标定的结果作为依据。

传统相机标定方法往往采用的是张氏标定法，该方法虽然设备要求低且操作简单，但精度已难以达到现如今协同侦察的需求，而且该方法并不适用于PTZ相机在室外中远距变焦场景下的目标侦察，这是因为该方法在计算相机内参矩阵时没有剥离相机焦距与内参的关系。

因此，对于更加有效且适用的PTZ相机和场景标定方法的需求已经迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为解决PTZ相机在变焦时无法直接计算内参矩阵的问题以及相机在旋转情况下的光心坐标计算问题，而提供一种多PTZ相机中远距场景标定方法。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于任意分布式配置的多PTZ相机的室外中远距场景标定方法，包括以下步骤：

S1搭建带有2个以上姿态标定板的标定架，各标定板分别放在带有深度的标定架的前面和后面，前面的标定板不遮挡后面的；

S2先通过前后变焦法标定出各相机的光心图像坐标，再按照两步标定法得到相机的内部参数；

S3针对相机的转动结构构建云台转动模型，标定云台转动模型的参数；云台转动模型的输入是PTZ相机的方位角和俯仰角，输出为相机的光心坐标；

S4在场景中选取标定点并构建世界坐标系，转动PTZ相机并观察标定点，根据前面标定出的相机的内部参数以及由云台转动模型给出的光心坐标计算出相机坐标系与场景中世界坐标系的转换关系，场景中所有的PTZ相机坐标系均以该世界坐标系为中间转换坐标系，实现相机坐标系之间的坐标转换。

所述步骤S3的具体步骤为：

3.1根据PTZ相机在方位和俯仰上转动角度的结构特点，构建相机光心的运动轨迹模型，模型表达式如下：