一种多镜头全景摄像机组合标定方法技术

本发明专利技术涉及计算机视觉技术领域，具体公开了一种多镜头全景摄像机组合标定方法，包括如下步骤：将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影及标定；将标定过程分为前后连续两个阶段，其中前一阶段为侧视摄像机旋转序列影像标定，后一阶段为中心摄像机多视几何标定。本方法仅使用普通二维数控转台和单个棋盘格即可实现MPC摄像机外参的高精度标定，成本低、操作简单且对实时环境要求低，成功摆脱对3D标定场的依赖，具有良好的应用价值。具有良好的应用价值。具有良好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种多镜头全景摄像机组合标定方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉
，尤其涉及一种多镜头全景摄像机组合标定方法。

技术介绍

[0002]作为有效的监控手段，摄像机早已在社会公共安全、管理调度以及生产控制中发挥了不可替代的作用。多镜头全景摄像机MPC(Multi
‑
Head Panoramic Camera)，或称全景摄像系统OMS(Omnidirectional Multi
‑
camera System)，由若干不同视角、物理独立的传统监控摄像机封装而成并通过实时拼接子画面获得180
°
(或360
°
)视野范围且各方向基本一致的高分辨率全景视频，关键在于精确获得MPC子摄像机内、外参数以将其多路输出视频重投影到设定球面(或柱面)，在安防监控及虚拟现实、实景地图生成等众多领域具有广阔市场前景。
[0003]现有获取子摄像机内外参数的MPC标定过程涉及单相机标定、组合标定两部分内容。MPC子摄像机一般为传统“针孔”摄像机，前者研究开展已较深入，困难在于如何通过组合标定获得子摄像机间的相对外参。为节约硬件成本，MPC通常利用较少数目的摄像机及低成本光学镜头来获得180
°
或360
°
视角，其相邻子摄像机重叠视角小，传统MPC标定过程需建立室内大型标定场，或联合利用小型空间测量设备与2D参照物，以提供高精度3D控制信息用于MPC子相机绝对空间位置、姿态解算，进而推导出子相机间的相对外参，这种依赖于3D控制信息的标定方式不仅实施成本高且需专业人员操作，无疑对MPC应用开展形成限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多镜头全景摄像机组合标定方法，旨在解决现有技术中的依赖于3D控制信息的标定方式不仅实施成本高且需专业人员操作，对MPC应用开展形成限制的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的一种多镜头全景摄像机组合标定方法，包括如下步骤：
[0006]将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影及标定；
[0007]将标定过程分为前后连续两个阶段，其中前一阶段为侧视摄像机旋转序列影像标定，后一阶段为中心摄像机多视几何标定。
[0008]其中，所述侧视摄像机旋转序列影像标定包括：
[0009]结合棋盘格与二维转台坐标系设置建立旋转摄影严格方程并以之为基础给出侧视摄像机外部参数初值；
[0010]之后以棋盘格影像角点及相邻侧视摄像机间的连接点为观测值，对侧视摄像机外部参数及棋盘格外部参数整体进行平差优化求解。
[0011]其中，所述中心摄像机多视几何标定包括：
[0012]将二维转台旋转坐标系原点平移至全部侧视摄像机摄影中心几何重心建立MPC空
间坐标系；
[0013]以MPC空间坐标系为基础利用中心摄像机与侧视摄像机间的多视几何关系及通过旋转摄影获得的大量连接点为观测值，对中心摄像机外部参数实施光束法平差优化求解。
[0014]其中，所述将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影及标定包括：
[0015]将MPC置于电脑控制的二维转台上，按固定角度间隔旋转平台一周并同步拍摄显示在LCD上的棋盘格图案，获得序列影像，之后进行标定。
[0016]本专利技术的一种多镜头全景摄像机组合标定方法，通过将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影并将标定过程分为两个阶段侧视摄像机旋转序列影像标定。结合棋盘格与转台坐标系设置建立旋转摄影严格方程并以之为基础给出侧视摄像机外参初值，进而以棋盘格影像角点及相邻侧视摄像机间的连接点为观测值，对侧视摄像机外参及棋盘格外部参数整体进行平差优化求解；中心摄像机多视几何标定。将转台旋转坐标系原点平移至全部侧视摄像机摄影中心几何重心建立MPC空间坐标系，以之为基础利用中心摄像机与侧视摄像机间的多视几何关系及通过旋转摄影获得的大量连接点为观测值，对中心摄像机外参实施光束法平差优化求解。实验结果表明，本文方法仅使用普通二维数控转台和单个棋盘格即可实现MPC摄像机外参的高精度标定，成本低、操作简单且对实时环境要求低，成功摆脱对3D标定场的依赖，具有良好的应用价值。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术的MPC几何结构示意图。
[0019]图2是本专利技术的MPC球面全景成像模型示意图。
[0020]图3是本专利技术的多镜头全景摄像机组合标定方法的步骤流程图。
[0021]图4是本专利技术的MPC旋转摄影示意图。
[0022]图5是本专利技术的五镜头全景摄像机及数控2D转台实物示意图。
[0023]图6是本专利技术的PanoCam棋盘格标定影像获取示意图。
[0024]图7是本专利技术的转台设定转角与标定值误差示意图。
[0025]图8是本专利技术的PanoCam侧视摄像机旋转标定残差变化示意图。
[0026]图9是本专利技术的PanoCam中心摄像机外参优化计算示意图。
[0027]图10转台静止时刻的中心
‑
侧视摄像机同名像点示意图。
[0028]图11不同标定参数下的PanoCam球面全景视频输出对比示意图。
具体实施方式
[0029]请参阅图1至图11，本专利技术提供了一种多镜头全景摄像机组合标定方法，包括如下步骤：
[0030]将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影及标定；
[0031]将标定过程分为前后连续两个阶段，其中前一阶段为侧视摄像机旋转序列影像标
定，后一阶段为中心摄像机多视几何标定。
[0032]所述侧视摄像机旋转序列影像标定包括：
[0033]结合棋盘格与二维转台坐标系设置建立旋转摄影严格方程并以之为基础给出侧视摄像机外部参数初值；
[0034]之后以棋盘格影像角点及相邻侧视摄像机间的连接点为观测值，对侧视摄像机外部参数及棋盘格外部参数整体进行平差优化求解。
[0035]所述中心摄像机多视几何标定包括：
[0036]将二维转台旋转坐标系原点平移至全部侧视摄像机摄影中心几何重心建立MPC空间坐标系；
[0037]以MPC空间坐标系为基础利用中心摄像机与侧视摄像机间的多视几何关系及通过旋转摄影获得的大量连接点为观测值，对中心摄像机外部参数实施光束法平差优化求解。
[0038]所述将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影及标定包括：
[0039]将MPC置于电脑控制的二维转台上，按固定角度间隔旋转平台一周并同步拍摄显示在LCD上的棋盘格图案，获得序列影像，之后进行标定。
[0040]在多镜头全景摄像机组合标定方法中，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多镜头全景摄像机组合标定方法，其特征在于，包括如下步骤：将MPC置于二维转台对棋盘格进行旋转摄影及标定；将标定过程分为前后连续两个阶段，其中前一阶段为侧视摄像机旋转序列影像标定，后一阶段为中心摄像机多视几何标定。2.如权利要求1所述的多镜头全景摄像机组合标定方法，其特征在于，所述侧视摄像机旋转序列影像标定包括：结合棋盘格与二维转台坐标系设置建立旋转摄影严格方程并以之为基础给出侧视摄像机外部参数初值；之后以棋盘格影像角点及相邻侧视摄像机间的连接点为观测值，对侧视摄像机外部参数及棋盘格外部参数整体进行平差优化求解。3.如权利要求1所述的多镜头全景...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，黄明益，周阳，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：