[发明专利]一种云台相机主动标定方法

说明书

一种云台相机主动标定方法，包括利用云台相机对某个至少有两条直线的3D场景进行拍摄，旋转云台相机，采集不少于三张图片，并确定3D场景中的直线在当前图片像素坐标系下的直线方程；包括根据云台相机的旋转角度，确定采集到的图片的坐标系以及前后图片中同一点的数学关系，得到前后图片之间点的直接投影关系式，利用前后图片中直线上的点的约束性，将前后图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合、简化；还包括根据直线上的点、点之间的投影关系及找到的直线对，确定关于相机内参的线性方程，结合所有线性方程，计算得到云台相机的四个内参。本发明利用直线对的位置信息来完成云台相机内参的计算，方便、快捷、精确度高。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其指一种云台相机主动标定方法。

背景技术

在3D计算机视觉应用中，我们需要计算3D世界如何投影到2D图像上，因此，相机标定是许多3D计算机视觉应用中必不可少的步骤，通常，相机标定不仅估计相机在每个方向上的焦距，而且还在估计主光轴与感光芯片的交点。现有的相机标定方法可以分为两大类：1)静态标定方法，这类方法通常需要使用一些已知具体尺寸的棋盘格，LED之类的对象，在保证相机静止的情况下，改变这些物体的位姿，并通过它们在图像上的投影来估计相机内参。2)主动标定方法，这类方法不需要3维场景的任何信息，在保证场景静止的情况下，改变相机的位姿，从同一摄像机不同视角拍摄的多幅图像中匹配点的信息，标定相机。

由于云台相机工作于大场景环境中，为了能够清晰的拍摄远近场景，需要经常变倍变焦，这会导致其内参发生变化，因而需要高频率的标定才能保证其正常工作。然而，现有的这些方法都存在一些缺点，静态标定方法，标定过程需要人为参与，耗时久且如果相机安装在一些无法放置或不方便放置标定物的特殊环境中则无法使用。主动标定方法，对特征点定位的精度低，进而导致整体误差大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种方便快捷、可以有效提高标定精度的云台相机主动标定方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方法：一种云台相机主动标定方法，包括以下步骤：

步骤一、利用云台相机对某个至少有两条直线的场景进行拍摄，旋转云台相机，采集不少于三张图片，并确定3D场景中的直线在当前图片像素坐标系下的直线方程；

步骤二、根据云台相机的旋转角度，确定采集到的图片的坐标系以及前后图片中同一点的数学关系，得到前后图片之间点的直接投影关系式，利用前后图片中所述直线上的点的约束性，将所述前后图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合、简化；

步骤三、根据所述直线上横坐标为c_x的点或纵坐标为c_y的点、点之间的投影关系以及找到的直线对，确定关于相机内参的线性方程，结合所有线性方程，计算得到云台相机的四个内参f_x、f_y、c_x和c_y。

进一步地，步骤一中，所述3D场景中有两条边为直线，所述云台相机采集得到的图片为三张，所述云台相机拍摄完第一张图片后，围绕y轴旋转θ_p拍摄第二张图片，再围绕x轴旋转θ_t拍摄第三张图片。

进一步地，步骤一中，确定3D场景中的两条直线分别在三张图片的像素坐标系下的直线方程，其中：

两条直线在第一张图片的像素坐标系下的直线方程分别为：

V＝a₀₀U+b₀₀ (1)

V＝a₀₁U+b₀₁ (2)

两条直线在第二张图片的像素坐标系下的直线方程分别为：

V＝a₁₀U+b₁₀ (3)