相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统，涉及图像处理技术领域，以提高相机参数优化结果的准确性。所述初始化方法包括：获取多个视角多个同心圆的图像，根据多个视角的多个同心椭圆，获得多个视角的多个同心椭圆的参数信息；根据多个视角的多个同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标；将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标。所述标定方法包括上述初始化方法。本发明专利技术提供的相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统用于相机参数标定。

Camera parameter initialization method and device, camera parameter calibration method and equipment, image acquisition system

The invention discloses a camera parameter initialization method and device, a camera parameter calibration method and device, and an image acquisition system, which relates to the field of image processing technology to improve the accuracy of the camera parameter optimization results. The initialization method includes: obtaining images of multiple concentric circles from multiple viewpoints, obtaining parameter information of multiple concentric ellipses from multiple viewpoints according to multiple concentric ellipses from multiple viewpoints, obtaining long axis vector coordinates of multiple concentric ellipses from parameter information of multiple concentric ellipses from multiple viewpoints, and obtaining multiple concentric ellipses from long axis vector coordinates of multiple concentric ellipses. The coordinates of long axis common intersection point of circle and the coordinates of long axis common intersection point of multiple concentric ellipses are set as the initial coordinates of camera principal point. The calibration method includes the above initialization method. The camera parameter initialization method and device, camera parameter calibration method and device, and image acquisition system provided by the invention are used for camera parameter calibration.

【技术实现步骤摘要】
相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统本申请要求于2019年1月14日提交中国专利局、申请号为201910032212.0、专利技术名称为“相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统。
技术介绍
广角相机是一种相机镜头具有大视角的图像采集设备，其可在有限的距离内可以容纳更多的景物范围。衡量相机广角的参数是最小焦距，一般将小于28mm的才称为广角，越小广角越广，适合拍大场面的风景和高大的建筑物等。在使用广角相机前，需要对广角相机进行标定，以建立广角相机所采集的图像像素位置与场景点位置之间的关系。目前，对广角相机进行标定方法是通过随机给定相机参数的初始值，然后根据相机参数的初始值对相机参数进行优化，进而完成相机参数标定，但是相机参数的初始值随机设定，使得优化后的相机参数的准确性不高，导致广角相机所拍摄的图像的畸变比较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种相机参数初始化方法及装置、相机参数标定方法及设备、图像采集系统，提高相机参数优化结果的准确性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种相机参数初始化方法，包括：获取多个视角的标定图像，每个视角的标定图像包括多个同心圆的图像，每个同心圆的图像为同心椭圆，各个同心圆的参数相同；根据每个视角的标定图像，获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息；将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息；根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标；将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标(cx0，cy0)。与现有技术相比，本专利技术提供的相机参数初始化方法中，获取的多个视角的标定图像，且每个视角的标定图像包括多个同心圆的图像，每个同心圆的图像为同心椭圆，各个同心圆的参数相同，使得每个视角的标定图像中多个同心椭圆的参数相同；专利技术人发现每个视角的多个同心圆的长轴具有共同交点，这些长轴共同交点与相机主点的位置几乎重合，因此，可将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息；然后根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴坐标，根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标，并将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标(cx0，cy0)。由此可见，本专利技术提供的相机参数初始化方法可以通过选取标定所使用的图像形状和参数，以计算出更为准确的相机参数的初始值，如相机主点的初始坐标(cx0，cy0)，使得相机参数的优化结果准确性比较高，进而降低图像采集系统所采集的图像畸变。本专利技术还提供了一种相机参数初始化装置，该相机参数初始化装置包括：接收模块，用于获取多个视角的标定图像，每个视角的标定图像包括多个同心圆的图像，每个同心圆的图像为同心椭圆，各个同心圆的参数相同；参数分析模块，用于根据每个视角的标定图像，获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息；将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息；主点坐标设定模块，用于根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标；将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标(cx0，cy0)。与现有技术相比，本专利技术提供的相机参数初始化装置的有益效果与上述相机参数初始化方法的有益效果相同，在此不做赘述。本专利技术还提供了一种相机参数标定方法，所述相机参数标定方法包括：获取相机参数的初始值，所述相机参数的初始值采用上述相机参数初始化方法设定，所述相机参数的初始值至少包括相机主点初始坐标(cx0，cy0)；利用所述相机参数的初始值对相机参数进行最优化处理。与现有技术相比，本专利技术提供的相机参数标定方法的有益效果与上述相机参数初始化方法的有益效果相同，在此不做赘述。本专利技术还提供了一种相机参数标定设备，该相机参数标定方法包括：上述相机参数初始化装置，用于设定所述相机参数的初始值，所述相机参数的初始值至少包括相机主点初始坐标(cx0，cy0)；相机参数优化装置，用于利用所述相机参数的初始值对相机参数进行最优化处理。与现有技术相比，本专利技术提供的相机参数标定设备的有益效果与上述相机参数初始化方法相同，在此不做赘述。本专利技术还提供一种计算机存储介质，用于储存一个或多个计算机软件指令，其包含用于执行上述相机参数初始化方法或上述相机参数标定方法设计的程序。与现有技术相比，本专利技术提供的计算机存储介质的有益效果与上述相机参数初始化方法的有益效果相同，在此不做赘述。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为现有技术中鱼眼相机的相机成像模型示意图；图2为本专利技术实施例中标定板的示意图；图3为本专利技术实施例提供的相机参数标定方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的相机参数初始化方法流程图一；图5为本专利技术实施例提供的相机参数初始化方法流程图二；图6为本专利技术实施例提供的相机参数初始化方法流程图三；图7为本专利技术实施例提供的相机参数初始化方法流程图四；图8为本专利技术实施例提供的相机参数初始化方法流程图五；图9为本专利技术实施例中相机参数优化方法流程图；图10为本专利技术实施例提供的相机参数标定设备的结构框图一；图11为本专利技术实施例提供的相机参数标定设备的结构框图二；图12为本专利技术实施例提供的相机参数标定终端的硬件架构图。附图标记：01-标定板，010-板体；011-同心圆，100-相机参数初始化装置；110-接收模块，120-参数分析模块；130-分类模块，140-主点坐标设定模块；150-焦距设定模块，160-外参数设定模块；170-畸变系数设定模块，200-相机参数优化装置；210-参数处理模块，220-图像校正模块；230-偏差判别模块，240-参数赋值模块；250-参数更新模块。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解相机参数的过程就称之为相机标定。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提，提高标定精度是科研工作的重点所在。现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相机参数初始化方法，其特征在于，包括：获取多个视角的标定图像，每个视角的标定图像包括多个同心圆的图像，每个同心圆的图像为同心椭圆，各个同心圆的参数相同；根据每个视角的标定图像，获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息；将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息；根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标；将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标(cx0，cy0)。

【技术特征摘要】
2019.01.14 CN 20191003221201.一种相机参数初始化方法，其特征在于，包括：获取多个视角的标定图像，每个视角的标定图像包括多个同心圆的图像，每个同心圆的图像为同心椭圆，各个同心圆的参数相同；根据每个视角的标定图像，获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息；将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息；根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标；将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标(cx0，cy0)。2.根据权利要求1所述的相机参数初始化方法，其特征在于，所述获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息后，所述相机参数初始化方法还包括：根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个中心点像素坐标，每个中心点像素坐标为每个同心圆对应的同心椭圆的中心点坐标；根据多个同心圆的中心点位置，获得多个中心点的世界坐标；根据多个中心点像素坐标和多个中心点的世界坐标，获得单应性关系；根据单应矩阵和单应性关系，获得相机外参数的初始值；根据相机外参数的初始值和相机成像模型，获得相机焦距的初始值。3.根据权利要求2所述的相机参数初始化方法，其特征在于，每个同心圆对应的同心椭圆的参数信息包括：同心椭圆的中心点拟合坐标，同心椭圆的拟合旋转角度和同心椭圆的拟合长轴转动方向；所述将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息包括：将多个视角的标定图像所含有的同心椭圆进行分类，获得多组同心椭圆，使得每组同心椭圆为同一同心圆在多个视角的图像；根据多组同心椭圆对多个同心椭圆的参数信息进行分组，获得多组同心椭圆的参数信息，使得每组同心椭圆的参数信息包括同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息；每组同心椭圆所含有的多个同心椭圆的长轴旋转方向相同；根据每组同心椭圆所含有的多个同心椭圆的旋转角度，获得每个同心圆对应的同心椭圆的拟合旋转角度；将每组同心椭圆所含有的其中一个同心椭圆的长轴旋转方向设定为每个同心圆对应的同心椭圆的拟合长轴旋转方向；根据每组同心椭圆所含有的多个同心椭圆的中心点坐标，获得多个同心圆对应的同心椭圆的中心点拟合坐标；所述根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标包括：根据多个同心圆对应的同心椭圆的拟合旋转角度和多个同心圆对应的同心椭圆的拟合长轴旋转方向，获得多个同心椭圆的椭圆长轴方程；根据多个同心椭圆的椭圆长轴方程，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；所述根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个中心点像素坐标包括：将多个同心圆对应的同心椭圆的中心点坐标设定为多个中心点像素坐标。4.根据权利要求2所述的相机参数初始化方法，其特征在于，所述根据单应矩阵和多个同心椭圆的中心点的单应性关系，获得相机的外参数初始值包括：根据单应矩阵的约束关系，获得第一求解参数Q和第二求解参数L，第一求解参数Q的表达式为第二求解参数L的表达式为θd为镜头的折射角，r0为每个同心圆的中心点在相机坐标系的横坐标和纵坐标所在面的正投影点与镜头光心之间的距离，fx0为焦距初始横坐标，fy0为焦距初始纵坐标；根据所述第一求解参数Q和所述第二求解参数L以及单应性关系，获得相机外参数的初始值；所述根据单应矩阵和单应性关系，获得相机焦距的初始值包括：根据相机外参数的初始值和多个中心点的世界坐标，获得多个同心圆的中心点在相机坐标系的横坐标和纵坐标所在面的正投影点与镜头光心之间的距离；根据相机成像模型，获得第一关系式和第二关系式，第一关系式的表达式为第二关系式的表达式为rd0为每个视角的同心椭圆的中心点与图像坐标系的原点之间的距离；根据所述第一求解参数Q的表达式、所述第一关系式的表达式以及多个同心圆的中心点在相机坐标系的横坐标和纵坐标所在面的正投影点与镜头光心之间的距离，获得相机焦点在图像坐标系的多个横坐标分量；对相机焦点在图像坐标系的多个横坐标分量进行平均化，获得焦距初始横坐标fx0；根据所述第二求解参数L、所述第二关系式以及多个同心圆的中心点在相机坐标系的横坐标和纵坐标所在面的正投影点与镜头光心之间的距离，获得相机焦点在图像坐标系的多个纵坐标分量；对相机焦点在图像坐标系的多个纵坐标分量进行平均化，获得焦距初始纵坐标fy0。5.根据权利要求4所述的相机参数初始化方法，其特征在于，所述根据相机外参数和多个中心点的世界坐标，获得同心圆的中心点在相机坐标系的横坐标和纵坐标所在面的正投影点到镜头光心之间的距离包括：根据相机外参数的初始值和多个中心点的世界坐标，获得在相机坐标系的多个中心点坐标，在相机坐标系的每个中心点坐标是指每个同心圆的中心点在相机坐标系的坐标(Xc，Yc，Zc)；对在相机坐标系的多个中心点坐标进行归一化，使得在相机坐标系的多个中心点坐标为(x，y)，根据归一化后在相机坐标系的多个中心点坐标，获得多个同心圆的中心点在相机坐标系的横坐标和纵坐标所在面的正投影点到镜头光心之间的距离。6.一种相机参数初始化装置，其特征在于，包括：接收模块，用于获取多个视角的标定图像，每个视角的标定图像包括多个同心圆的图像，每个同心圆的图像为同心椭圆，各个同心圆的参数相同；参数分析模块，用于根据每个视角的标定图像，获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息；将同一同心圆在多个视角对应的同心椭圆的参数信息进行拟合，获得多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息；主点坐标设定模块，用于根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个同心椭圆的长轴矢量坐标；根据多个同心椭圆的长轴矢量坐标，获得多个同心椭圆的长轴共同交点坐标；将多个同心椭圆的长轴共同交点坐标设定为相机主点的初始坐标(cx0，cy0)。7.根据权利要求6所述的相机参数初始化装置，其特征在于，所述相机参数初始化装置还包括：外参数设定模块，用于获得每个视角的多个同心椭圆的参数信息后，根据多个同心圆对应的同心椭圆的参数信息，获得多个中心点像素坐标，根据多个同心圆的中心点位置，获得多个中心点的世界坐标；根据多个中心点像素坐标和多个中心点的世界坐标，获得单应性关系；根据单应矩阵和单应性关系，获得相机外参数的初始值；每个中心点像素坐标为每个同心圆对应的同心椭圆的中心点坐标；焦距设定模块，用于根据相机外参数的初始值和相机成像模型，获得相机焦距的初始值。8.根据权利要求7所述的相机参数初始化装置，其特征在于，每个同心圆对应的同心椭圆的参数信息包括：同心椭圆的中心点拟合坐标，同心椭圆的拟合旋转角度和同心椭圆的拟合长轴转动方向；所述相机参数初始化装置还包括分类模块，用于将多个视角的标定图像所含有的同心椭圆进行分类，获得多组同心椭圆，使得每组同心椭圆为同一同心圆在多个视角的图像；根据多组同心椭圆对多个同心...

【专利技术属性】
技术研发人员：马福强，薛鸿臻，陈丽莉，张浩，李纲，楚明磊，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，北京京东方光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11