【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及相机标定
，具体涉及一种确定相机焦距和旋转角度的方法、相机标定方法及系统。
技术介绍
近年来，基于相机等视觉传感器和计算机视觉理论为基础的视频监控技术得到飞速的发展。通过分析相机录制的视频序列，对车辆、行人等目标物进行检测、分割、识别和跟踪，从而判断目标物的行为，实现对图像内容的理解。相机标定是一个必要的处理步骤，它可以确定二维图像坐标和三维世界坐标之间的映射关系，是速度、大小等于空间尺寸相关的信息有效提取的前提和保证。 常用的相机模型的投影关系可用以下表达式表示： [u,v,1]T＝λ·A·R·[I|Tc]·[xw,yw,zw,1]Txw，yw，zw是世界坐标系中的坐标点，u，v是图像中的二维坐标点。R，Tc为相机外部参数，R为相机的旋转矩阵，决定相机拍摄角度；I为单位矩阵，Tc决定相机的空间位置，λ是一个常数系数。A为相机内部参数，主要包括焦距(fx,fy)，主点(u0,v0)，倾斜因子s。 相机标定是确定相机内参数和外参数的过程。目前，大致有两类方法：传统标定方法和自标定方法。 传统方法，如张正友提出的基于平面标定板进行定标的方法，需要在不同方位拍摄特征的棋盘格平面模板的多幅图像，利用平面模板的空间点和图 像点间的对应关系建立约束方程实现相机的标定。该类方法需要几何结构信息已知的目标物作为标定参照物，标定过程繁琐，不满足大场景监控要求。 自标定方法通常直接分析获得的多帧图像信息，提取图像中的目标物，通过图像间的对应点建立参数的约束关系，从而定标相机参数。此类方法充...
【技术保护点】
一种确定相机焦距和旋转角度的方法，其特征在于，包括以下步骤：将相机坐标系与世界坐标系重合放置；获得垂直消隐点的坐标和水平消隐点的坐标根据所述垂直消隐点的坐标和水平消隐点的坐标确定相机焦距f、第一旋转角度pan、第二旋转角度tilt以及第三旋转角度roll，所述第一旋转角度pan、第二旋转角度tilt、第三旋转角度roll分别为相机坐标系沿Y轴、X轴、Z轴旋转的角度。
【技术特征摘要】
1.一种确定相机焦距和旋转角度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将相机坐标系与世界坐标系重合放置；
获得垂直消隐点的坐标和水平消隐点的坐标根据所述垂直消隐点的坐标和水平消隐点的坐标确定相
机焦距f、第一旋转角度pan、第二旋转角度tilt以及第三旋转角度roll，所
述第一旋转角度pan、第二旋转角度tilt、第三旋转角度roll分别为相机坐标
系沿Y轴、X轴、Z轴旋转的角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相机焦距f、第一旋转角
度pan、第二旋转角度tilt以及第三旋转角度roll通过以下表达式获得：
u V x = f cos ( roll ) cot ( pan ) / cos ( tilt ) + f sin ( roll ) tan ( tilt ) + u 0 ]]> v V x = - f sin ( roll ) cot ( pan ) / cos ( tilt ) + f cos ( roll ) tan ( tilt ) + v 0 ]]> u V y = - f sin ( roll ) cot ( tilt ) + u 0 ]]> v V y = - f cos ( roll ) cot ( tilt ) + v 0 ]]>其中，(u0,ν0)相机主点的坐标。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获得垂直消隐点的坐
标和水平消隐点的坐标的步骤包括以下步骤：
选择相机拍摄场景中具有相同高度的杆状物为标定物；
在图像坐标系中分别将每个所述标定物的顶端与底端连线，以所述顶端
与底端连线的交点为垂直消隐点；
在图像坐标系中将任意两个所述标定物的顶端与顶端连线，底端与底端
连线，以所述顶端与顶端连线与所述底端与底端连线的交点为水平消隐点；
计算所述垂直消隐点的坐标和水平消隐点的坐标4.一种相机标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求1-3中任一项所述的方法确定相机焦距和旋转角度；
根据所述相机焦距和所述旋转角度获得投影矩阵P：
P = f s u 0 0 f / a v 0 0 0 1 · R x · R y · R z · [ I | T c ] ]]>其中，相机倾斜因子s为零，相机主点(u0,ν0)为相机拍摄图像的中心点，
平移向量Tc＝[0,-Hc,0]，Hc为相机高度，a为相机焦距调整因子，I为单位矩
阵，Rx、Ry、Rz分别为相机坐标系沿Y轴旋转所述第一旋转角度pan、沿X
轴旋转所述第二旋转角度titl、沿Z轴旋转所述第二旋转角度roll得到的旋转
矩阵。
5.根据权利要求4所述的相机标定方法，其特征在于，所述相机高度Hc根据
以下表达式求解获得：
d ( C , D ) d ( B , V y ) d ( B , D ) d ( C , V y ) = 1 - H H c ]]>其中，B、C分别为任意一个所述标定物的底端和顶端，所述垂直消隐
点、C的连线与水平消隐线的交点为D1，所述垂直消隐点、B的连线与所述
水平消隐线的交点为D2，D为由D1、D2确定的线段的中点，d(C,D)为C、
D的距离，d(B,D)为B、D的距离，d(B,Vy)为B、垂直消隐点的距离，d(C,Vy)
为C、垂直消隐点的距离，H为所述标定物的高度，所述水平消隐线为由所
有水平消隐点确定的直线。
6.根据权利要求4或5所述的相机标定方法，其特征在于，所述根据所述相
机焦距和所述旋转角度获得投影矩阵P步骤之后还包括以下步骤：
调整投影矩阵P使均方误差最小化。
7.根据权利要求6所述的相机标定方法，其特征在于，所述调整投影矩阵P
使均方误差最小化的步骤包括以下步骤：
选择相机拍摄场景中具有相同高度的杆状物为标定物；
获得第i个所述标定物在世界坐标系中的顶端坐标Vhi，根据投影矩阵P
获得顶端坐标Vhi在图像坐标系中的投影点根据以下表达式调整投影矩阵
P使均方误差最小化：
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【专利技术属性】
技术研发人员：段成伟，丁美玉，晋兆龙，陈卫东，
申请(专利权)人：苏州科达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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