一種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法
【專利摘要】一種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法，解決了現(xiàn)有三維重建的深度攝像機(jī)標(biāo)定方法操作復(fù)雜、不易調(diào)整、普適性低的問題。該方法簡便穩(wěn)定，僅需要選取過圖像中心點(diǎn)的直線上任意兩個(gè)點(diǎn)，就可以得到攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)。對(duì)于一個(gè)攝像頭來說，內(nèi)參基本上是不隨環(huán)境的變化而變化的，同一批設(shè)計(jì)生產(chǎn)的攝像頭的內(nèi)參變化不大，只要能夠求取出外參的變化，就相當(dāng)于完成了監(jiān)控?cái)z像頭的標(biāo)定過程。而對(duì)于用于監(jiān)控的攝像機(jī)來說，利用本發(fā)明的方法無需對(duì)攝像頭的位置進(jìn)行標(biāo)定求取，可以直接在安裝的過程中進(jìn)行測量，這也降低了攝像頭標(biāo)定過程的復(fù)雜度。
【專利說明】一種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種攝像機(jī)標(biāo)定方法，具體為一種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo) 定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我們?cè)?jīng)提出一個(gè)中國專利，專利號(hào)為201110289769. 6,發(fā)明創(chuàng)造的名稱為一種 智能視頻監(jiān)控的三維重建方法，該發(fā)明包含了四部分：一是攝像頭標(biāo)定，二是逆投影變換， 三是高程圖映射，四是一個(gè)為了消除量測深度與實(shí)際深度之間存在系統(tǒng)性偏差而添加的深 度值校正的模塊。此方法能夠解決斜向下視深度攝像頭的標(biāo)定以及高程圖構(gòu)建，但是也存 在以下一些不足。
[0003] -是標(biāo)定過程比較費(fèi)時(shí)，由于傳統(tǒng)的基于平面圖案的標(biāo)定方法無法有效解決深度 攝像頭的標(biāo)定，因而我們采用的是DLT算法進(jìn)行標(biāo)定求取透視投影變換矩陣。在DLT標(biāo)定 的過程中，需要手動(dòng)放置標(biāo)定物并測量和記錄標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系以及圖像坐標(biāo)系中的坐 標(biāo)，而且為了比較準(zhǔn)確的求取透視變換矩陣，通常選取多個(gè)標(biāo)定點(diǎn)構(gòu)成DLT變換中關(guān)于透 視投影變換系數(shù)的超定方程，一般情況下為了保證性能需要選取超過6個(gè)點(diǎn)，比如8?10 個(gè)點(diǎn)。一個(gè)人精確采集并測量這8?10個(gè)點(diǎn)需要十多分鐘左右，而且在采集的過程中經(jīng)常 發(fā)現(xiàn)有記錄錯(cuò)誤的點(diǎn)，這樣還需要對(duì)人工記錄錯(cuò)誤的點(diǎn)進(jìn)行篩選。這樣整個(gè)標(biāo)定過程需要 大概半個(gè)小時(shí)，而且一旦將攝像機(jī)位置以及方位進(jìn)行了調(diào)整以后，將需要進(jìn)行重新標(biāo)定，這 在工程實(shí)踐中是無法接受的，所以標(biāo)定過程的過于繁瑣增加了系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及調(diào)整的 困難，迫切需要簡單有效的標(biāo)定方法。
[0004] 二是在將深度圖像中各點(diǎn)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系的過程中，需要進(jìn)行逆投影變換以求 取視線與水平面的交點(diǎn)坐標(biāo)，然后再利用三角幾何的計(jì)算關(guān)系得到深度圖像中各點(diǎn)在三維 世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。整個(gè)過程計(jì)算量較大，而且由于需要計(jì)算視線與水平面的交點(diǎn)坐標(biāo)， 因而只能夠?qū)π毕蛳乱暤膱D像有效，這無形中限制了攝像頭安裝的普適性，為應(yīng)用增加了 一些不必要的限制，而且計(jì)算量較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，簡化標(biāo)定過程并降低計(jì)算量，本發(fā)明提出了一 種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法。該方法簡便穩(wěn)定，僅需要選取過圖像中心點(diǎn) 的直線上任意兩個(gè)點(diǎn)，就可以得到攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)。
[0006] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法，該方法包括如下步驟：
[0008] (1)標(biāo)定整個(gè)變換矩陣

【權(quán)利要求】
(1)標(biāo)定整個(gè)變換矩P 標(biāo)定步驟如下：
1. 一種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法，其特征在于，該方法包括如下步 驟：
(1. 1)建立采用三個(gè)歐拉角表示的笛卡爾正交坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)變換模型O-JOZ3Oc-ZJcZe，三個(gè)歐拉角分別為α，β，γ，采用的zxz順規(guī)； (1.2) 在安裝的時(shí)候，先測量攝像機(jī)的坐標(biāo)Pc[Xc;，yc，ZcJ;再選取過圖像中心點(diǎn)的直線 上的兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)P1,P2,記錄其坐標(biāo)分別為Pi[Xi，yi，Z1],P2[x2,y2,Z2]; (1.3)計(jì)算攝像機(jī)坐標(biāo)系下的Z。軸方向矢量；^=-ZI 9 (1. 4)計(jì)算X。軸方向矢量；首先計(jì)算得到在ΧεΖ。平面內(nèi)的向量I1= [X2-X。，y2_y。， Fh Z2-Zj，然后再利用施密特正交化得到I2 = I1-U1, z?！怠。，那么A再計(jì)算出攝像機(jī) 的內(nèi)參fu，fv，UQ，V。，假設(shè)fu =fv以及U。，V。位于圖像的中心，然后得到向量弋巧與/^的夾 Λ( \l2\^s ,0.8xV0 角jsatanV71 ^.，那么/B=/v=-^- (1.5)計(jì)算ΧΛ平面與XZ平面的交線方向矢量N，以及α角；由于交線在XZ平面內(nèi)， ZZcjc 所以N= [cosa，sina，〇]，且<N，ZC> = 0,再求出cr= -atan(^·)或者a= -atan(7^) +疋 Zc、y^ ； (1. 6)求出β角；首先算出β' =acos(<Ζ，Ζ?！担?，β角表示成如下形式：
9 (1. 7)求出Y角；首先算出Y' =acos(<Ν,X?！担琘角表示成如下形式：
(? S')步?7?丨而個(gè)泌烷茗^問的掄掛妬咗Rnt.
* (1. 9)計(jì)算平移矢量；由于攝像機(jī)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)[X。，y。，zJ對(duì)應(yīng)于攝像機(jī)坐 標(biāo)系下的[〇,〇,〇]，因而：
* 「細(xì)Γ，- (1. 10)求取外參矩陣M2 = 〇J - -*; (1. 11)求取內(nèi)參；首先通過進(jìn)行一次DLT標(biāo)定求取出轉(zhuǎn)換矩陣M，然后再分離出內(nèi)參， 由于轉(zhuǎn)換矩陣可以表示為：
因此得到式（0.1)中的內(nèi)參矩聲
(2)重建高度圖,將攝像機(jī)坐標(biāo)系下的點(diǎn)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的點(diǎn),變換操作為：
其中：Rot* =Roif1,
表示攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 由于得到的深度信息是攝像機(jī)坐標(biāo)系下的Z。坐標(biāo)值，因此再利用角度坐標(biāo)信息得到ΧεΥ。坐標(biāo)的坐標(biāo)值，然后將這些坐標(biāo)帶入公式錯(cuò)誤！未找到引用源。，經(jīng)變換得到真實(shí)世界 坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值； 其中：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三維重建的深度攝像機(jī)快速標(biāo)定方法，其特征在 于，步驟（1.2)中選取過圖像中心點(diǎn)的直線過坐標(biāo)點(diǎn)（uQ, 1.8Xv。）。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104240214SQ201210064446
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】夏東 申請(qǐng)人:湖南領(lǐng)創(chuàng)智能科技有限公司