一種基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，首先，建立全景高速球中PTZ攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)模型；其次，基于PTZ攝像機(jī)拍攝的包含場(chǎng)景所有信息的多張PTZ圖像拼接獲得全景圖像；再次，基于全景圖像，分別建立其像素點(diǎn)與PTZ攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的映射關(guān)系H2，以及其像素點(diǎn)與魚(yú)眼圖像中像素點(diǎn)之間的映射關(guān)系H1；最后，基于映射關(guān)系H1和H2，建立魚(yú)眼圖像中像素點(diǎn)與PTZ攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的映射關(guān)系H，從而實(shí)現(xiàn)了全景凝視相機(jī)的空間標(biāo)定。所述方法能夠準(zhǔn)確控制全景凝視相機(jī)中PTZ攝像機(jī)的水平偏轉(zhuǎn)角和垂直偏轉(zhuǎn)角，使得選取的魚(yú)眼攝像機(jī)拍攝得到的魚(yú)眼圖像中的感興趣監(jiān)控位置置于PTZ攝像機(jī)拍攝的圖像的中心，從而實(shí)現(xiàn)精確定位監(jiān)控。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及圖像標(biāo)定方法，特指一種基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，屬于圖像信息處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]目前，在安防監(jiān)控領(lǐng)域，大量攝像機(jī)被安裝在政府大樓、軍事基地、銀行、學(xué)校、商場(chǎng)、監(jiān)獄、停車(chē)場(chǎng)、港口碼頭以及城市街道等各類(lèi)場(chǎng)所，此外，在其他應(yīng)用領(lǐng)域，如視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、機(jī)器人導(dǎo)航以及機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域，攝像機(jī)的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大。但是，隨著攝像機(jī)的大規(guī)模普及應(yīng)用，傳統(tǒng)攝像機(jī)的不足之處逐漸暴露了出來(lái)。由于拍攝范圍有限，傳統(tǒng)攝像機(jī)只能看到攝像頭前方很小一部分的場(chǎng)景，因而存在監(jiān)控盲區(qū)和監(jiān)控死角，影響了實(shí)際的監(jiān)控效果，這種情況下，為了進(jìn)行更大范圍的監(jiān)控，只能安裝多個(gè)攝像機(jī)，這不僅會(huì)帶來(lái)成本問(wèn)題，而且對(duì)于監(jiān)控觀察也會(huì)產(chǎn)生影響。
[0003]近年來(lái)，隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，利用魚(yú)眼鏡頭獲取180度全景圖像的技術(shù)越來(lái)越成熟。與傳統(tǒng)攝像機(jī)相比，魚(yú)眼全景攝像機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)魚(yú)眼攝像機(jī))擁有更大范圍的觀察視野，能夠覆蓋180°或360°的場(chǎng)景，滿足了當(dāng)前安防監(jiān)控等領(lǐng)域?qū)Υ笠晥?chǎng)的需求。但是，由于其覆蓋區(qū)域過(guò)大，導(dǎo)致拍攝得到的全景圖像分辨率受限，使得在觀察局部場(chǎng)景時(shí)效果不佳。因此，僅僅利用單一的魚(yú)眼攝像機(jī)仍然無(wú)法完全滿足當(dāng)前的需求。
[0004]為克服魚(yú)眼攝像機(jī)無(wú)法進(jìn)行有效局部觀察的缺陷，出現(xiàn)了魚(yú)眼攝像機(jī)與PTZ攝像機(jī)相配合的全景凝視相機(jī)。PTZ攝像機(jī)(又名高速球攝像機(jī))是現(xiàn)今安防市場(chǎng)中的高端一體化攝像設(shè)備，可以水平、垂直改變視角以及進(jìn)行變焦，具有快速定位和變焦的能力，使得用戶可以及時(shí)監(jiān)控到目標(biāo)的細(xì)節(jié)信息。但其拍攝范圍有限，不能同時(shí)兼顧多個(gè)不同的場(chǎng)景。全景凝視相機(jī)將魚(yú)眼攝像機(jī)與PTZ攝像機(jī)聯(lián)合起來(lái)，充分發(fā)揮了兩類(lèi)攝像機(jī)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)克服了他們各自的缺陷。如圖1所示為全景凝視相機(jī)實(shí)物圖，圖2所示為其結(jié)構(gòu)示意圖，其中,魚(yú)眼攝像機(jī)I負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)環(huán)境,獲得180度全景圖像，PTZ攝像機(jī)2負(fù)責(zé)對(duì)全景圖像中感興趣區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)的凝視觀察。
[0005]全景凝視相機(jī)的理想應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)精確地聯(lián)動(dòng)，即對(duì)于全景圖像中的指定位置，PTZ攝像機(jī)能夠進(jìn)行快速精準(zhǔn)的聚焦定位。但是，由于實(shí)際安裝過(guò)程中存在的各種偏差，不同的全景凝視相機(jī)中全景攝像機(jī)和PTZ攝像機(jī)之間的相對(duì)位置往往也是不同的，即全景圖像中像素點(diǎn)與PTZ攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的空間映射關(guān)系是不同的，因此，對(duì)于每臺(tái)全景凝視相機(jī)需要進(jìn)行空間標(biāo)定，從而能夠準(zhǔn)確控制PTZ攝像機(jī)的水平偏轉(zhuǎn)角和垂直偏轉(zhuǎn)角，使得全景圖像中選取的感興趣監(jiān)控位置置于PTZ攝像機(jī)拍攝的圖像的中心。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于:對(duì)于不同的全景凝視相機(jī)，全景圖像中的像素點(diǎn)與PTZ攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的空間映射關(guān)系是不同的，因此需要對(duì)全景凝視相機(jī)進(jìn)行空間標(biāo)定，從而能夠準(zhǔn)確控制PTZ攝像機(jī)的水平偏轉(zhuǎn)角和垂直偏轉(zhuǎn)角，使得全景圖像中選取的感興趣監(jiān)控位置置于PTZ攝像機(jī)拍攝的圖像的中心。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，包括如下步驟:
[0008]步驟I)建立PTZ攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)模型；
[0009]首先，建立PTZ攝像機(jī)坐標(biāo)系0-ΧΥΖ，其中，O為PTZ攝像機(jī)的光心，PTZ攝像機(jī)的主點(diǎn)為Po，則OPtl為PTZ攝像機(jī)的光軸，假設(shè)Ptl點(diǎn)的偏航角和俯仰角分別為％和Θ 0,則P。
點(diǎn)的坐標(biāo)值(Xc^ymZtl)計(jì)算如下:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I)建立PTZ攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)模型； 首先，建立PTZ攝像機(jī)坐標(biāo)系0-ΧΥΖ，其中，O為PTZ攝像機(jī)的光心，PTZ攝像機(jī)的主點(diǎn)為Po，則OPtl為PTZ攝像機(jī)的光軸，假設(shè)Ptl點(diǎn)的偏航角和俯仰角分別為％和Θ 0,則Ptl點(diǎn)的坐標(biāo)值(Xt), y0, Z0)計(jì)算如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟4)中建立映射關(guān)系H1采用的模板匹配方法為快速模板匹配的歸一化相關(guān)匹配法，具體步驟如下:(1)將魚(yú)眼圖像Ipan。分割成MXN個(gè)圖像塊，第i個(gè)圖像塊記為/〗_，把。作為模板圖像； (2)將模板圖像/與拼接全景圖像I_nt進(jìn)行匹配計(jì)算，得到拼接全景圖像中與之最匹配的圖像
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(2)的匹配計(jì)算中，在拼接全景圖像中選擇與模板圖像/丨_具有相同的中心點(diǎn)坐標(biāo)值，但其大小為模板圖像/ 的2-8倍的匹配區(qū)域作為最有可能存在匹配圖像的區(qū)域進(jìn)行匹配計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于圖像拼接的全景凝視相機(jī)空間標(biāo)定方法，其特征在于，所述映射關(guān)系H1的計(jì)算過(guò)程中，還包括使用RANSAC算法檢測(cè)出錯(cuò)誤匹配的圖像塊，并且進(jìn)行 修正。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103971375SQ201410218833
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】劉煜, 張茂軍, 左承林, 王煒, 徐瑋 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)