一种用于三维重建的深度摄像机快速标定方法技术

一种用于三维重建的深度摄像机快速标定方法，解决了现有三维重建的深度摄像机标定方法操作复杂、不易调整、普适性低的问题。该方法简便稳定，仅需要选取过图像中心点的直线上任意两个点，就可以得到摄像机的标定参数。对于一个摄像头来说，内参基本上是不随环境的变化而变化的，同一批设计生产的摄像头的内参变化不大，只要能够求取出外参的变化，就相当于完成了监控摄像头的标定过程。而对于用于监控的摄像机来说，利用本发明专利技术的方法无需对摄像头的位置进行标定求取，可以直接在安装的过程中进行测量，这也降低了摄像头标定过程的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，解决了现有三维重建的深度摄像机标定方法操作复杂、不易调整、普适性低的问题。该方法简便稳定，仅需要选取过图像中心点的直线上任意两个点，就可以得到摄像机的标定参数。对于一个摄像头来说，内参基本上是不随环境的变化而变化的，同一批设计生产的摄像头的内参变化不大，只要能够求取出外参的变化，就相当于完成了监控摄像头的标定过程。而对于用于监控的摄像机来说，利用本专利技术的方法无需对摄像头的位置进行标定求取，可以直接在安装的过程中进行测量，这也降低了摄像头标定过程的复杂度。【专利说明】
本专利技术涉及一种摄像机标定方法，具体为一种用于三维重建的深度摄像机快速标 定方法。
技术介绍
我们曾经提出一个中国专利，专利号为201110289769. 6,专利技术创造的名称为一种 智能视频监控的三维重建方法，该专利技术包含了四部分：一是摄像头标定，二是逆投影变换， 三是高程图映射，四是一个为了消除量测深度与实际深度之间存在系统性偏差而添加的深 度值校正的模块。此方法能够解决斜向下视深度摄像头的标定以及高程图构建，但是也存 在以下一些不足。 -是标定过程比较费时，由于传统的基于平面图案的标定方法无法有效解决深度 摄像头的标定，因而我们采用的是DLT算法进行标定求取透视投影变换矩阵。在DLT标定 的过程中，需要手动放置标定物并测量和记录标定点在世界坐标系以及图像坐标系中的坐 标，而且为了比较准确的求取透视变换矩阵，通常选取多个标定点构成DLT变换中关于透 视投影变换系数的超定方程，一般情况下为了保证性能需要选取超过6个点，比如8?10 个点。一个人精确采集并测量这8?10个点需要十多分钟左右，而且在采集的过程中经常 发现有记录错误的点，这样还需要对人工记录错误的点进行筛选。这样整个标定过程需要 大概半个小时，而且一旦将摄像机位置以及方位进行了调整以后，将需要进行重新标定，这 在工程实践中是无法接受的，所以标定过程的过于繁琐增加了系统的广泛应用以及调整的 困难，迫切需要简单有效的标定方法。 二是在将深度图像中各点转换到世界坐标系的过程中，需要进行逆投影变换以求 取视线与水平面的交点坐标，然后再利用三角几何的计算关系得到深度图像中各点在三维 世界坐标系中的坐标。整个过程计算量较大，而且由于需要计算视线与水平面的交点坐标， 因而只能够对斜向下视的图像有效，这无形中限制了摄像头安装的普适性，为应用增加了 一些不必要的限制，而且计算量较大。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足和缺陷，简化标定过程并降低计算量，本专利技术提出了一 种用于三维重建的深度摄像机快速标定方法。该方法简便稳定，仅需要选取过图像中心点 的直线上任意两个点，就可以得到摄像机的标定参数。 本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： -种用于三维重建的深度摄像机快速标定方法，该方法包括如下步骤： (1)标定整个变换矩阵 【权利要求】(1)标定整个变换矩P 标定步骤如下：1. ，其特征在于，该方法包括如下步 骤：(1. 1)建立采用三个欧拉角表示的笛卡尔正交坐标系之间的旋转变换模型O-JOZ3Oc-ZJcZe，三个欧拉角分别为α，β，γ，采用的zxz顺规； (1.2) 在安装的时候，先测量摄像机的坐标Pc,P2; (1.3)计算摄像机坐标系下的Z。轴方向矢量；^=-ZI 9 (1. 4)计算X。轴方向矢量；首先计算得到在ΧεΖ。平面内的向量I1= ，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。〉），β角表示成如下形式：9 (1. 7)求出Y角；首先算出Y' =acos(<Ν,X。〉），Y角表示成如下形式：(? S')步?7?丨而个泌烷茗^问的掄挂妬咗Rnt.* (1. 9)计算平移矢量；由于摄像机在世界坐标系下的坐标，因而：* 「細Γ，- (1. 10)求取外参矩阵M2 = 〇J - -*; (1. 11)求取内参；首先通过进行一次DLT标定求取出转换矩阵M，然后再分离出内参， 由于转换矩阵可以表示为：因此得到式（0.1)中的内参矩声(2)重建高度图,将摄像机坐标系下的点转换为世界坐标系下的点,变换操作为：其中：Rot* =Roif1,表示摄像机坐标系下的坐标； 由于得到的深度信息是摄像机坐标系下的Z。坐标值，因此再利用角度坐标信息得到ΧεΥ。坐标的坐标值，然后将这些坐标带入公式错误！未找到引用源。，经变换得到真实世界 坐标系下的坐标值； 其中：2.根据权利要求1所述的，其特征在 于，步骤（1.2)中选取过图像中心点的直线过坐标点（uQ, 1.8Xv。）。【文档编号】G06T17/00GK104240214SQ201210064446【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年3月13日 优先权日:2012年3月13日 【专利技术者】夏东 申请人:湖南领创智能科技有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维重建的深度摄像机快速标定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)标定整个变换矩阵M=m11m12m13m14m21m22m23m24m31m32m33m34=M1M2;]]>标定步骤如下：(1.1)建立采用三个欧拉角表示的笛卡尔正交坐标系之间的旋转变换模型三个欧拉角分别为α，β，γ，采用的ZXZ顺规；(1.2)在安装的时候，先测量摄像机的坐标Pc[xc，yc，zc]；再选取过图像中心点的直线上的两个标定点P1，P2，记录其坐标分别为P1[x1，y1，z1]，P2[x2，y2，z2]；(1.3)计算摄像机坐标系下的Zc轴方向矢量；(1.4)计算Xc轴方向矢量；首先计算得到在XcZc平面内的向量l1＝[x2‑xc，y2‑yc，z2‑zc]，然后再利用施密特正交化得到l2＝l1‑<l1，Zc>·Zc，那么再计算出摄像机的内参fu，fv，u0，v0，假设fu＝fv以及u0，v0位于图像的中心，然后得到向量与的夹角：那么(1.5)计算XcZc平面与XZ平面的交线方向矢量N，以及α角；由于交线在XZ平面内，所以N＝[cosα，sinα，0]，且<N，Zc>＝0，再求出或者α=-atan(Zc,xZc,y)+π;]]>(1.6)求出β角；首先算出β′＝acos(<Z，Zc>)，β角表示成如下形式：β=β′NxNyNzZxZyZzZc,xZc,yZc,y>0-β′else;]]>(1.7)求出γ角；首先算出γ′＝acos(<N，Xc>)，γ角表示成如下形式：γ=γ′Zc,xZc,yZc,zNxNyNzXc,xXc,yXc,y>0-γ′else;]]>(1.8)求取到两个坐标系之间的旋转矩阵Rot，Rot=cosγsinγ0-sinγcosγ00011000cosβsinβ0-sinβcosβcosαsinα0-sinαcosα0001;]]>(1.9)计算平移矢量；由于摄像机在世界坐标系下的坐标[xc，yc，zc]对应于摄像机坐标系下的[0，0，0]，因而有000=Rotxcyczc+txtytz⇒txtytz=-Rotxcyczc;]]>(1.10)求取外参矩阵M2=RotT′01;]]>(1.11)求取内参；首先通过进行一次DLT标定求取出转换矩阵M，然后再分离出内参，由于转换矩阵可以表示为：m11m12m13m14m21m22m23m24m31m32m33m34=m34m11′m12′m13′m14′m21′m22′m23′m24′m31′m32′m33′1=m34m1m14′m2m24′m3m34′,]]>u0=m342m1Tm3,]]>v0=m342m2Tm3,]]>fu=m342|m1×m3|,]]>fv=m342|m2×m3|,]]>因此得到式(0.1)中的内参矩阵M1=fu0u000fvv000010;]]>(2)重建高度图，将摄像机坐标系下的点转换为世界坐标系下的点，变换操作为：xyz1=Rot*T*01xc*yc*zc*1;]]>其中：Rot*＝Rot‑1，T*=-Rot*·T′=-Rot*·-Rotxcyczc=xcyczc,]]>表示摄像机坐标系下的坐标；由于得到的深度信息是摄像机坐标系下的Zc坐标值，因此再利用角度坐标信息得到XcYc坐标的坐标值，然后将这些坐标带入公式错误！未找到引用源。，经变换得到真实世界坐标系下的坐标值；其中：xc*yc*zc*=atan(u-u0fu)atan(v-v0fv)1·zc*.]]>...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏东，
申请(专利权)人：湖南领创智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43