【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机视觉，具体涉及一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法。
技术介绍
1、相机内参标定即获取相机自身参数的过程，一般包含焦距、主点坐标以及畸变参数，这些参数决定了相机的投影中心。相机内参标定是计算机视觉领域的基础，是视觉定位、目标识别等领域的关键技术之一。
2、目前为止在工业界应用最为广泛的相机内参标定方法为棋盘格标定法。棋盘格标定法通过拍摄带有规则方格图案的棋盘格，并利用这些方格的几何特征来计算相机的内参。该方法通常需要从多个角度拍摄棋盘格，以确保摄像头能够捕捉到足够多的信息来求解内参。棋盘格标定法简单易行，计算精度较高，因此得到了广泛应用。
3、动作捕捉系统因其精准的空间定位能力，广泛应用于影视制作、虚拟现实等领域。通过在动作捕捉系统中创建相机刚体，可以准确获取相机的位置和姿态，这在运动分析和三维重建中非常有用。然而，传统的标定方法，如棋盘格标定法等，不适用于动作捕捉系统中的相机刚体的内参标定。因为在动作捕捉系统中，相机的刚体中心与相机的投影中心不重合，导致无法正确获取相机刚体的内部参数。
4、目前的棋盘格标定方法在动作捕捉系统中的应用存在明显局限性。这是因为在动作捕捉系统中，相机的刚体中心与相机的光心不重合，导致传统方法无法准确获取相机的内部参数。这种不准确性直接影响了后续图像处理和三维重建任务的效果和效率。
5、具体来说，使用传统棋盘格标定方法在动作捕捉系统中进行内参标定时，必须设计额外的机械结构以尽可能使相机刚体中心与光心重合。这样的设计不仅增加了系统的
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种针对动作捕捉系统的相机刚体内参标定方法。该方法能够准确获取动作捕捉场景下相机刚体的内参，无需额外的机械结构设计，从而简化系统架构，降低成本，并提升标定精度。通过本专利技术的方法，能够显著提高图像处理和三维重建任务的准确性和效率，从而提升整个动作捕捉系统的性能和稳定性。
2、一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，包括：
3、标定模板设计：对于一个(w，h)的标定板，在标定板二维平面中的m1(0，0)、m2(w，0)、m3(0，h)、m4(w，h)四个位置粘贴标定点，并测量其中一个标定点与标定板所在平面的距离d；其中ω和h分别为标定板在水平方向与垂直方向上的角点数量；
4、借助动捕系统获得上述四个标定点在动捕坐标系下的位置m1，m2，m3，m4，进而根据公式(2)获得标定板中任意一点(i，j)在动捕坐标系下的位置pij；
5、
6、其中，v和h分别为标定板在水平方向和垂直方向的单位向量；
7、标定点检测：在相机视野范围内放置标定板，并通过相机拍摄标定板图像，使用图像处理算法库0pencv检测图像中的棋盘格角点，并记录角点的像素坐标pij；
8、几何关系建立：采用带畸变的小孔成像模型来建立空间点到图像像素点之间的几何映射关系；引入畸变参数k1，k2，p1，p2，像素坐标系下的角点计算公式如式(3)所示：
9、
10、其中，pij是棋盘格角点坐标，pij为式(2)计算出的对应角点在世界坐标系的坐标，r为像素点到图像中心的距离，(x，y，1)为角点在归一化平面系下的坐标，r、t分别为动捕坐标系下相机刚体的位姿中的旋转变换矩阵和平移变换矩阵，k为待优化内参；
11、优化参数k，k1，k2，p1，p2：
12、目标函数的定义如式(4)所示：
13、
14、其中n代表有效图像的数量；pij是图像中检测到的第i行j列的角点的像素坐标，是通过式(3)计算出来的投影坐标；
15、目标函数对参数k，k1，k2，p1,p2的梯度计算以及参数更新过程如公式(5)所示：
16、
17、其中，η为学习率，表示每次更新的步长；
18、当前轮次迭代中，采用公式(5)更新参数k，k1，k2，p1,p2后，将其代入公式(3)中得到后，再代入到公式(4)中更新目标函数；如此，进入下一轮迭代，采用公式(5)再次更新参数；以此类推，直到目标函数的值收敛到预设的阈值，或者达到最大迭代次数，输出最后一轮迭代得到的参数k，k1，k2，p1,p2，完成单目相机内参标定。
19、较佳的，内参k的初值通过奇异值分解获得。
20、较佳的，畸变参数k1，k2，p1，p2的初值指定为1e-4。
21、较佳的，在动捕系统下相机刚体通过在相机上粘贴一定数量的标定点，并配合特定动捕软件操作来实现。
22、本专利技术具有如下有益效果：
23、本专利技术提供了一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，棋盘格标定法即使增加额外机械结构，使得相机光心和刚体中心对齐，也会存在微小误差，影响最终标定结果。而本方法利用动作捕捉系统提供的高精度位姿数据，实现动作捕捉系统下相机刚体内参的准确标定；无需额外机械结构设计，通过粘贴标定点和使用特定模板设计方法，简化了标定过程，降低了系统的成本和复杂度；本方法中的数学优化公式使用梯度下降法，借助计算机能快速准确收敛。
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1.一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，其特征在于，内参K的初值通过奇异值分解获得。
3.如权利要求1所述的一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，其特征在于，畸变参数k1，k2，p1，p2的初值指定为1e-4。
4.如权利要求1所述的一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，其特征在于，在动捕系统下相机刚体通过在相机上粘贴一定数量的标定点，并配合特定动捕软件操作来实现。
【技术特征摘要】
1.一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种动作捕捉系统下的单目相机内参标定方法，其特征在于，内参k的初值通过奇异值分解获得。
3.如权利要求1所述的一种动作捕捉系统下的单目相机内...
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