一种自动化变焦镜头标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自动化变焦镜头标定装置及标定方法，包括：标定板图案设计、标定板图案识别与定位、标定方法操作流程以及摄像机焦环值与摄像机内参的函数关系，其中标定装置包括摄像机、标定板、标定板支架以及驱动机构。标定板图案设计包括标定板布局以及编码图案设计，其保证了各种变焦环位置的精度的稳定性；标定方法操作流程包括通过电机驱动标定板，节省了人工成本并且保证了标定的精度的稳定性；摄像机焦环值与摄像机内参的函数关系，包括建立焦环值与摄像机内参矩阵中各元素的函数关系，为电影后期的特效制作提供数据基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种镜头标定装置及标定方法，特别涉及一种自动化变焦镜头标定装 置及标定方法。
技术介绍
摄像机标定技术是通过标定板将世界坐标与图像坐标联系起来，并根据对应关系 计算出摄像机的内外参数。特别是通过标定技术，得到对焦、焦距、镜头畸变之间的函数关 系是虚拟特效拍摄技术的基础。 在应用中，常常使用棋盘格或者圆点的标定板来完成摄像机的标定过程。标定板 的使用常常是：通过拍摄不同姿态下的多幅棋盘格或者圆点标定板图像，并根据图像坐标 系与世界坐标系中对应点的坐标，求得摄像机内外参数但是在对同一个镜头的不同焦距的 标定过程中传统的标定板存在以下的缺陷 ： 1)拍摄不同位置的标定板图像时，需要不停调节标定板的位置使成像清晰； 2)标定板在拍摄角度过大时，标定板外围边缘的图案在图像中成像较小、模糊，影 响对应点的准确性； 3)对于标定长焦镜头，无法拍摄完整的标定板图像也是传统标定方法中遇到的难 题。 因此，本专利技术设计了一种具有特殊编码图案的标定板，能够通过使标定板自动变 化姿态的机械设备，使标定过程自动化，并通过标定板的设计解决上述标定过程中遇到的 问题。
技术实现思路
专利技术目的：为摄像机的标定设计一种具有特殊编码图案的标定板以及识别方法， 为摄像机镜头的自动化标定提供解决方案。本专利技术通过在标定板上设计一定数量的特殊编 码图案，通过对其识别和定位，得到图像中的点在标定板坐标系中的坐标。同时，使用本发 明的标定板，可以在大角度、远距离和长焦的情况下，在图像中都得到足够的成像清晰的标 定板图案，因此，可通过机械自动变换标定板姿态，避免了人工频繁调节标定板的工作，实 现了摄像机的自动标定。 1.技术方案：为了实现以上目的，本专利技术公开了一种摄像机标定板的设计与检测 方法，包括以下步骤： S1 :标定板整体布局及设计； S2 :测量并保存标定板信息； S3:摄像机标定。 进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤： S11 :根据实际需要确定标定板的长度和面积，保证了在大角度拍摄时，标定板外 围边缘具有足够的编码图案能够被清晰成像； S12:设计不重复的、大小不一的编码图案，保证了在标定长焦镜头时，总是有合适 大小的编码图案能够在针对摄像机镜头的各种变焦环位置进行标定而被识别； S13 :将所述编码图案布局到标定板中。 进一步地，所述步骤S1中，通过机械自动变换标定板姿态，避免了人工频繁调节 标定板的工作，实现了摄像机的自动标定。 进一步地，所述步骤S12中的编码图案为正方形的编码图案或圆形编码图案。其 中，正方形的编码图案，整体标定板采用矩形，长度较大，编码图案使用多种大小，最靠近中 间的图案最小，两边的图案最大；采用圆形编码图案，整体标定板同样采用长度较大的矩 形，编码图案使用两种大小的圆形编码图案，相间地分布在标定板中。 进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤： S21 :将标定板图案的编码存储到数据库中，建立编码与图案的对应关系； S22:通过精密测量设备，测量各个标定图案的尺寸、在标定板中的坐标、图案特征 点以及采样点的坐标。 进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤： S31 :特征点识别； S32:摄像机标定； S33 :建立焦环值与摄像机内参矩阵中各元素之间的函数关系。 进一步地，所述步骤S31具体包括以下步骤： S311 :连通域处理，在图像中得到含有数据块的区域； S312:角点提取； S313 :筛选角点，得到构成数据块图案四边形的四个角点； S314 :计算模板数据块到图像中数据块的投影矩阵H; S315:解码数据块，得到图像中的数据块对于标定板中该数据块的位置信息。 进一步地，所述步骤S32具体包括以下步骤： S321 :获取标定板图像中能识别的数据块中心坐标，采用步骤S31的方法，建立起 与世界坐标系的对应关系； S322 :获取摄像机内外参以及畸变参数的初值； S323 :筛选通过L-M优化算法对摄像机内外参数以及畸变系数优化。 进一步地，所述步骤S33具体包括以下步骤： S331 :在变焦范围下，调节变焦值； S332 :通过步骤S22中所述的方法，标定在当前焦距下的摄像机参数，从而建立焦 环值与各摄像机参数之间的函数关系； S333 :在下一个变焦值下，变焦值一般在取值范围内取20组以上，重复步骤S322。 有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： 1.通过机械自动变换标定板姿态，避免了人工频繁调节标定板的工作，实现了摄 像机的自动标定； 2.在大角度拍摄时，标定板外围边缘具有足够的编码图案能够被清晰成像； 3.在标定长焦镜头时，总是有合适大小的编码图案能够在针对摄像机镜头的各种 变焦环位置进行标定而被识别。 【附图说明】 图1是一种自动化变焦镜头标定装置，是采用正方形编码图案的标定板示意图； 图2是标定板不意图，是米用圆形编码图案的标定板不意图； 图3是标定板图案数据块示意图，是正方形标定板图案示意图1; 图4是摄像机标定的流程不意图，是正方形标定板图案不意图2; 图5是特征点识别流程图，是圆形编码图案的不意图； 图6是数据块采样点示意图，是一种摄像机标定板的设计与检测方法流程图。 【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明 本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各 种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 实施例： 实施例1 : -种摄像机标定板的设计与检测方法，包括以下步骤（如图6所示）： S1 :标定板整体布局及设计； S2:测量并保存标定板信息； S3 :摄像机标定。 进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤： S11 :根据实际需要确定标定板的长度和面积，保证了在大角度拍摄时，标定板外 围边缘具有足够的编码图案能够被清晰成像； S12:设计不重复的、大小不一的编码图案，保证了在标定长焦镜头时，总是有合适 大小的编码图案能够在针对摄像机镜头的各种变焦环位置进行标定而被识别； S13 :将所述编码图案布局到标定板中。 进一步地，所述步骤S1中，通过机械自动变换标定板姿态，避免了人工频繁调节 标定板的工作，实现了摄像机的自动标定。 进一步地，所述步骤S12中的编码图案为正方形的编码图案，整体标定板采用矩 形，长度较大，编码图案使用多种大小，最靠近中间的图案最小，两边的图案最大。正方形矩 形编码图案整体为一个矩形，内部采用m*n的网格型布局使用另一种颜色进行编码。可通 过从左到右、从上到下的直角坐标系进行编码，前景色为1、背景色为0,将图案转换为一串 2进制代码。 如图3所示是一个矩形编码图案的示意图，该图案使用正方形，其中间5*5的部分 为数据部分，以从左到右、从上到下的顺序进行编码，白色为1、黑色为〇,则该编码图案的 编码为：00001 11000 01110 00010 00100。 又如图4所示是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动化变焦镜头标定装置，其特征在于，包括摄像机、标定板、标定板支架以及驱动机构；所述标定板固连在标定板支架上；所述标定板支架与驱动机构连接。

【技术特征摘要】
1. 一种自动化变焦镜头标定装置，其特征在于，包括摄像机、标定板、标定板支架以及 驱动机构；所述标定板固连在标定板支架上；所述标定板支架与驱动机构连接。2. 根据权利要求1所述的一种自动化变焦镜头标定装置，其特征在于，所述驱动机构 为电机。3. -种自动化变焦镜头标定方法，其特征在于，包括以下步骤： 51 :标定板设计； 52 :摄像机标定。4. 根据权利要求3所述的一种自动化变焦镜头标定方法，其特征在于，所述步骤S1具 体包括以下步骤： 511 :根据具体应用需要进行标定板布局； 512 :设计N个不同尺寸的标定板图案并将其布局到标定板中； S13:测量并保存标定板信息。5. 根据权利要求3所述的一种自动化变焦镜头标定方法，其特征在于，所述步骤S2具 体包括以下步骤： S21 :特征点识别； S22:摄像机标定； S23 :建立焦环值与摄像机内...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晴，魏毅，顾益，周晨诚，冯兵，
申请(专利权)人：太仓中科信息技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32