一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法技术

技术编号:10305144 阅读:225 留言:0更新日期:2014-08-08 02:12
本发明专利技术公开了一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法,首先,建立全景高速球中PTZ摄像机的旋转模型;其次,基于PTZ摄像机拍摄的包含场景所有信息的多张PTZ图像拼接获得全景图像;再次,基于全景图像,分别建立其像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H2,以及其像素点与鱼眼图像中像素点之间的映射关系H1;最后,基于映射关系H1和H2,建立鱼眼图像中像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H,从而实现了全景凝视相机的空间标定。所述方法能够准确控制全景凝视相机中PTZ摄像机的水平偏转角和垂直偏转角,使得选取的鱼眼摄像机拍摄得到的鱼眼图像中的感兴趣监控位置置于PTZ摄像机拍摄的图像的中心,从而实现精确定位监控。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及图像标定方法,特指,属于图像信息处理领域。
技术介绍
:目前,在安防监控领域,大量摄像机被安装在政府大楼、军事基地、银行、学校、商场、监狱、停车场、港口码头以及城市街道等各类场所,此外,在其他应用领域,如视频会议、远程教育、机器人导航以及机器人导航等领域,摄像机的应用也在不断扩大。但是,随着摄像机的大规模普及应用,传统摄像机的不足之处逐渐暴露了出来。由于拍摄范围有限,传统摄像机只能看到摄像头前方很小一部分的场景,因而存在监控盲区和监控死角,影响了实际的监控效果,这种情况下,为了进行更大范围的监控,只能安装多个摄像机,这不仅会带来成本问题,而且对于监控观察也会产生影响。近年来,随着视频监控技术的不断发展,利用鱼眼镜头获取180度全景图像的技术越来越成熟。与传统摄像机相比,鱼眼全景摄像机(以下简称鱼眼摄像机)拥有更大范围的观察视野,能够覆盖180°或360°的场景,满足了当前安防监控等领域对大视场的需求。但是,由于其覆盖区域过大,导致拍摄得到的全景图像分辨率受限,使得在观察局部场景时效果不佳。因此,仅仅利用单一的鱼眼摄像机仍然无法完全满足当前的需求。为克服鱼眼摄像机无法进行有效局部观察的缺陷,出现了鱼眼摄像机与PTZ摄像机相配合的全景凝视相机。PTZ摄像机(又名高速球摄像机)是现今安防市场中的高端一体化摄像设备,可以水平、垂直改变视角以及进行变焦,具有快速定位和变焦的能力,使得用户可以及时监控到目标的细节信息。但其拍摄范围有限,不能同时兼顾多个不同的场景。全景凝视相机将鱼眼摄像机与PTZ摄像机联合起来,充分发挥了两类摄像机的优势,同时克服了他们各自的缺陷。如图1所示为全景凝视相机实物图,图2所示为其结构示意图,其中,鱼眼摄像机I负责监控整个环境,获得180度全景图像,PTZ摄像机2负责对全景图像中感兴趣区域进行重点的凝视观察。全景凝视相机的理想应用是实现精确地联动,即对于全景图像中的指定位置,PTZ摄像机能够进行快速精准的聚焦定位。但是,由于实际安装过程中存在的各种偏差,不同的全景凝视相机中全景摄像机和PTZ摄像机之间的相对位置往往也是不同的,即全景图像中像素点与PTZ摄像机运动参数的空间映射关系是不同的,因此,对于每台全景凝视相机需要进行空间标定,从而能够准确控制PTZ摄像机的水平偏转角和垂直偏转角,使得全景图像中选取的感兴趣监控位置置于PTZ摄像机拍摄的图像的中心。
技术实现思路
:本专利技术要解决的问题在于:对于不同的全景凝视相机,全景图像中的像素点与PTZ摄像机的运动参数的空间映射关系是不同的,因此需要对全景凝视相机进行空间标定,从而能够准确控制PTZ摄像机的水平偏转角和垂直偏转角,使得全景图像中选取的感兴趣监控位置置于PTZ摄像机拍摄的图像的中心。为解决上述技术问题,本专利技术提出的技术方案是:,包括如下步骤:步骤I)建立PTZ摄像机的旋转模型;首先,建立PTZ摄像机坐标系0-ΧΥΖ,其中,O为PTZ摄像机的光心,PTZ摄像机的主点为Po,则OPtl为PTZ摄像机的光轴,假设Ptl点的偏航角和俯仰角分别为%和Θ 0,则P。点的坐标值(Xc^ymZtl)计算如下:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1)建立PTZ摄像机的旋转模型;首先,建立PTZ摄像机坐标系O‑XYZ,其中,O为PTZ摄像机的光心,PTZ摄像机的主点为P0,则OP0为PTZ摄像机的光轴,假设P0点的偏航角和俯仰角分别为和θ0,则P0点的坐标值(x0,y0,z0)计算如下:其中,f为PTZ摄像机的焦距;然后,建立PTZ图像坐标系O'‑UV,其中,O'为PTZ图像的中心点,O'U为PTZ图像的水平方向坐标轴,O'V为PTZ图像的垂直方向坐标轴;对于PTZ图像上任意一个像点P,在已知PTZ摄像机的运动参数为的情况下,其对应于PTZ摄像机坐标系中的坐标值(xP,yP,zP)计算如下:其中,同时,像点P在图像坐标系中的坐标值(uP,vP)通过下述PTZ摄像机旋转模型公式得出:步骤2)基于PTZ摄像机拍摄的多幅PTZ图像拼接获得全景图像;首先,使PTZ摄像机在一个固定的缩放倍数下从左自右、从上自下依次拍摄获得包含场景所有信息的多幅PTZ图像;然后,建立初始空白的拼接全景图像Ijoint;全景图像的拼接过程分为三个步骤:(1)根据原始映射关系得到鱼眼图像中像素点Q(uQ,vQ)对应的PTZ摄像机的运动参数其在PTZ图像中对应的像素点记为Q';(2)包含像点Q'的PTZ图像存在多张,选取距离最近的PTZ图像,最近距离计算如下:其中,i表示包含像点Q'的第i张PTZ图像,假设共有N张包含像点Q'的PTZ图像,即为对应PTZ图像的运动参数;在得到距离最近的PTZ图像的同时,其对应的PTZ摄像机的运动参数也就得到了,然后基于PTZ摄像机旋转模型公式(3)计算得到距离最近的PTZ图像中像素点Q'的坐标值(uQ',vQ');(3)将像素点Q'(uQ',vQ')映射到初始空白的拼接全景图像Ijoint的(uQ,vQ)位置处,记为Q'';对鱼眼图像中的每个像素点都执行上述三个操作,即将鱼眼图像中所有像素点所对应的PTZ图像中的像素点都映射到了拼接全景图像中,即完成了拼接全景图像的拼接处理;步骤3)建立拼接全景图像中像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H2;当全景图像拼接完成后,需要建立拼接全景图像中所有像素点与PTZ摄像机的运动参数之间的映射关系H2,由步骤2)可知鱼眼图像中的像素点Q所对应的PTZ摄像机的运动参数为则拼接全景图像中的像素点Q''所对应的PTZ摄像机的运动参数也为因此,拼接全景图像与PTZ摄像机的运动参数之间的映射关系H2为原始映射关系,即有:其中,(xjoint,yjoint)指的是拼接全景图像Ijoint中的像素点坐标值,为其对应的PTZ摄像机的运动参数;步骤4)采用模板匹配方法建立鱼眼摄像机拍摄的鱼眼图像中的像素点与拼接全景图像中的像素点之间的映射关系H1,为:(xjoint,yjoint)=H1(upano,vpano)         (6)其中,(upano,vpano)指的是鱼眼图像Ipano中的像素点坐标值,(xjoint,yjoint)为其对应的拼接全景图像Ijoint中的像素点坐标值;步骤5)建立鱼眼摄像机拍摄的鱼眼图像中的像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H;经过上述步骤,已经找到了拼接全景图像中像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H2,以及鱼眼图像中的像素点与拼接全景图像中的像素点之间的映射关系H1,则最终可得鱼眼图像中的像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H如下:...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤I)建立PTZ摄像机的旋转模型; 首先,建立PTZ摄像机坐标系0-ΧΥΖ,其中,O为PTZ摄像机的光心,PTZ摄像机的主点为Po,则OPtl为PTZ摄像机的光轴,假设Ptl点的偏航角和俯仰角分别为%和Θ 0,则Ptl点的坐标值(Xt), y0, Z0)计算如下:2.根据权利要求1所述基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法,其特征在于,所述步骤4)中建立映射关系H1采用的模板匹配方法为快速模板匹配的归一化相关匹配法,具体步骤如下:(1)将鱼眼图像Ipan。分割成MXN个图像...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘煜张茂军左承林王炜徐玮
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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