本發(fā)明涉及攝像機標定技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適于現(xiàn)場應(yīng)用的攝像機內(nèi)參數(shù)標校方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

攝像機標定是從二維圖像提取三維空間信息的前提，是三維重建、立體視覺的關(guān)鍵步驟。攝像機標定的結(jié)果直接影響三維測量和重建的精度。攝像機標定的實質(zhì)是求解攝像機成像的幾何模型參數(shù)，亦稱攝像機內(nèi)部參數(shù)。該幾何模型決定了空間物體表面某幾點的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點之間的相互關(guān)系。標定過程就是利用這種相互關(guān)系確定攝像機內(nèi)參數(shù)。攝像機內(nèi)參數(shù)具體包括焦距、光學(xué)主點、像元尺寸、畸變系數(shù)等，是機器視覺所需的關(guān)鍵參數(shù)。攝像機內(nèi)參數(shù)對位置解算精度有著直接的影響，為了使跟蹤設(shè)備“尺子”功能量的更準，就要把攝像機內(nèi)參數(shù)標定的精度更高。光學(xué)計量單位的內(nèi)參標定采用星點檢測及精密測角法，一般采用精密轉(zhuǎn)臺加平行光管的方法獲取一定數(shù)量不同入射角下的星點成像位置坐標，再通過多項式擬合徑向畸變及數(shù)值優(yōu)化，計算出攝像機的焦距、主點、畸變系數(shù)等內(nèi)參數(shù)。已標定攝像機在使用中因振動等原因結(jié)構(gòu)發(fā)生變化會引起內(nèi)參數(shù)變化，經(jīng)常需要現(xiàn)場標定。然而，現(xiàn)有的攝像機標定方法需要精密復(fù)雜的設(shè)備，不適于現(xiàn)場應(yīng)用。因此，本發(fā)明提供一種適于現(xiàn)場應(yīng)用的攝像機內(nèi)參數(shù)標校方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種攝像機內(nèi)參數(shù)標校方法和系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有方法需要精密復(fù)雜設(shè)備的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

提供了一種攝像機內(nèi)參數(shù)標校方法，包括以下步驟：

步驟S1.將內(nèi)參數(shù)標定裝置上電；將攝像機、加固計算機與標定計算機終端相互連接并上電；所述攝像機包括左舷和右舷攝像機，加固計算機包括航插座、CPU板、加固計算機底板和圖像數(shù)據(jù)處理單元；

步驟S2.標定計算機終端通過加固計算機給攝像機發(fā)送拍攝并導(dǎo)出左舷或右舷攝像機圖像的指令；根據(jù)指令，左舷或右舷攝像機拍攝內(nèi)參數(shù)標定裝置的圖像，并將圖像發(fā)送給圖像數(shù)據(jù)處理單元；圖像數(shù)據(jù)處理單元接收圖像進行處理并發(fā)送給標定計算機終端；

步驟S3.標定計算機終端根據(jù)攝像機圖像對攝像機內(nèi)參數(shù)進行標定；

步驟S4.攝像機進行內(nèi)參數(shù)裝訂；

步驟S5.利用攝像機的內(nèi)參數(shù)實時對目標位置點進行畸變校正。

其中，內(nèi)參數(shù)標定裝置包括鋁合金光學(xué)平板和全光譜發(fā)光燈具；鋁合金光學(xué)平板上具有圓形通孔陣列，圓形通孔在攝像機成像中呈現(xiàn)橢圓形；全光譜發(fā)光燈具為主動發(fā)光陣列，圓形通孔陣列和主動發(fā)光陣列的行、列數(shù)目相同；全光譜發(fā)光燈具從鋁合金光學(xué)平板后表面，即背對攝像機的一面插入圓形通孔陣列并固定，燈具不露出鋁合金光學(xué)平板前表面。且全光譜發(fā)光燈具兩端的電壓可調(diào)，通過調(diào)節(jié)該電壓來控制主動發(fā)光陣列的亮度。

優(yōu)選的，左舷、右舷兩路攝像機，以內(nèi)參數(shù)標定裝置上的主動發(fā)光陣列作為標定控制點，各采取至少2個不同位置和姿態(tài)拍攝至少5張內(nèi)參數(shù)標定裝置的圖像。

步驟S3中的標定步驟進一步包括：

S31.對攝像機圖像進行自適應(yīng)閾值分割后，再利用形心法提取標定控制點的橢圓圖形的中心坐標，得到標定控制點在內(nèi)參數(shù)標定裝置平面上的二維物理坐標；

S32.利用標定控制點的二維物理坐標與三維物理坐標一一對應(yīng)關(guān)系，利用直接線性變換或透視變換矩陣方法線性求取攝像機的初始標定參數(shù)；

S33.將初始標定參數(shù)重投影回三維空間，最小化重投影坐標與三維物理坐標的差異，進行非線性優(yōu)化求解攝像機內(nèi)參數(shù)，所述內(nèi)參數(shù)具體包括x、y方向的有效焦距、圖像中心、畸變系數(shù)；

S34.將標定控制點的三維物理坐標利用解算出的攝像機內(nèi)參數(shù)反投影到圖像平面，與原始標定控制點的圖像坐標比對，計算反投影誤差，評估攝像機內(nèi)參標定的精度；如果精度滿足要求，則進行下一步驟；如果精度不滿足要求，則重新進行標定。

步驟S4中的裝訂步驟進一步包括：

S41.標定計算機終端把內(nèi)參數(shù)以UDP報文格式發(fā)給加固計算機CPU板；

S42.CPU板把內(nèi)參數(shù)據(jù)裝訂指令封裝成協(xié)議，發(fā)給圖像數(shù)據(jù)處理單元；

S43.圖像數(shù)據(jù)處理單元收到內(nèi)參數(shù)裝訂指令后，把新的裝訂數(shù)據(jù)寫入?yún)?shù)flash，寫入完成后從flash中把裝訂數(shù)據(jù)讀出，并按協(xié)議格式發(fā)給加固計算機CPU板；

S44.加固計算機CPU板以UDP報文格式把圖像數(shù)據(jù)處理單元發(fā)給加固計算機CPU板的數(shù)據(jù)給標定計算機終端發(fā)送；

S45.標定計算機終端經(jīng)對比裝訂無誤后，給加固計算機CPU板發(fā)送裝訂正常指令；如果標定計算機終端經(jīng)對比確定裝訂有問題后，則重新進行S41～S45步驟；

S46.如果標定計算機終端經(jīng)對比確定裝訂沒有問題后，加固計算機CPU板發(fā)出數(shù)據(jù)處理正常指令給圖像數(shù)據(jù)處理單元，圖像數(shù)據(jù)處理單元接收到正常指令后進行軟重啟；

S47.加固計算機CPU板進行軟重啟。

本發(fā)明還提供了一種攝像機內(nèi)參數(shù)標校系統(tǒng)，包括：內(nèi)參數(shù)標定裝置、攝像機、加固計算機與標定計算機終端；其中，加固計算機包括航插座、加固計算機CPU板、加固計算機底板和圖像數(shù)據(jù)處理單元，圖像數(shù)據(jù)處理單元與CPU板通過加固計算機底板進行CPCI通信；標定計算機終端通過網(wǎng)線連接到加固計算機上的航插座，在航插座內(nèi)部與加固計算機CPU板相連；攝像機通過光纖與加固計算機上的航插座相連，在航插座內(nèi)部與加固計算機的圖像數(shù)據(jù)處理單元相連。

其中，內(nèi)參數(shù)標定裝置包括鋁合金光學(xué)平板和全光譜發(fā)光燈具；鋁合金光學(xué)平板上具有圓形通孔陣列，通孔在攝像機成像中的明亮區(qū)域為完整的橢圓形，其他區(qū)域為黑色；所述全光譜發(fā)光燈具為主動發(fā)光陣列，從鋁合金光學(xué)平板后表面插入圓形通孔陣列并固定，燈具不露出鋁合金光學(xué)平板前表面，主動發(fā)光陣列與圓形通孔陣列的行、列數(shù)量相同。全光譜發(fā)光燈具兩端的電壓可調(diào)，通過調(diào)節(jié)該電壓來控制主動發(fā)光陣列的亮度。

本發(fā)明有益效果如下：能方便快捷的通過獲取攝像機參數(shù)標定板的圖像對攝像機參數(shù)進行標校，不需要精密復(fù)雜的標校設(shè)備，適于現(xiàn)場應(yīng)用。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為攝像機內(nèi)參數(shù)標校方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

本發(fā)明的一個具體實施例，公開了一種攝像機內(nèi)參數(shù)標校方法，如圖1，具體包括步驟：

步驟S1.將內(nèi)參數(shù)標定裝置上電；將攝像機、加固計算機與標定計算機終端相互連接并上電。

具體地，所述內(nèi)參數(shù)標定裝置包括：鋁合金光學(xué)平板和全光譜發(fā)光燈具。鋁合金光學(xué)平板上具有圓形通孔陣列，通孔在攝像機成像中的明亮區(qū)域為完整的橢圓形，其他區(qū)域為黑色。所述全光譜發(fā)光燈具為主動發(fā)光陣列，從鋁合金光學(xué)平板后表面，即背對攝像機的一面插入圓形通孔陣列并固定，燈具不露出鋁合金光學(xué)平板前表面。燈具兩端的電壓可調(diào)，通過調(diào)節(jié)該電壓來控制主動發(fā)光陣列的亮度，使得通孔所呈現(xiàn)的橢圓邊緣清晰。在一個優(yōu)選實施例中，所述圓形通孔直徑8mm，圓形通孔陣列為7×8的陣列，所述全光譜發(fā)光燈具為7×8的主動發(fā)光陣列。在另一個優(yōu)選實施例中，通過調(diào)節(jié)電壓在標定可見光攝像機或近紅外攝像機時，黑色區(qū)域所呈現(xiàn)的背景圖像灰度值小于平均灰度值10％，橢圓形的明亮區(qū)域大于平均灰度值20％，這樣通孔所呈現(xiàn)的橢圓邊緣清晰。

所述加固計算機包括航插座、加固計算機CPU板、加固計算機底板和圖像數(shù)據(jù)處理單元。加固計算機的圖像數(shù)據(jù)處理單元與CPU板通過加固計算機底板進行CPCI通信。

標定計算機終端通過網(wǎng)線連接到加固計算機上的航插座，在航插座內(nèi)部與加固計算機CPU板相連。

攝像機通過光纖與加固計算機上的航插座相連，在航插座內(nèi)部與加固計算機的圖像數(shù)據(jù)處理單元相連。

本實施例中攝像機每秒可以發(fā)送30幀分辨率為768像素×768像素的圖像給圖像數(shù)據(jù)處理單元，所述圖像可以包含遙測信息(如溫度等)；圖像數(shù)據(jù)處理單元可以給攝像機發(fā)送控制指令幀，以控制攝像機休眠/喚醒等。

步驟S2.標定計算機終端通過加固計算機給攝像機發(fā)送拍攝并導(dǎo)出左舷或右舷攝像機圖像的指令；根據(jù)指令，左舷或右舷攝像機拍攝內(nèi)參數(shù)標定裝置的圖像，并將圖像發(fā)送給圖像數(shù)據(jù)處理單元；圖像數(shù)據(jù)處理單元接收圖像進行處理并發(fā)送給標定計算機終端。其中，通過拍攝并導(dǎo)出左舷或右舷攝像機圖像指令，可以避免標定后的攝像機內(nèi)參數(shù)與攝像機不對應(yīng)。

左舷或右舷兩路攝像機采取不同位置和姿態(tài)拍攝內(nèi)參數(shù)標定裝置的圖像，具體地，在上述優(yōu)選實施例中，以內(nèi)參數(shù)標定裝置上的7×8主動發(fā)光陣列作為標定控制點，在至少兩個不同方向、各拍攝至少5張內(nèi)參數(shù)標定裝置的控制點圖像。

圖像數(shù)據(jù)處理單元實時接收兩路攝像機發(fā)送的圖像，圖像傳輸速度為100MHz；圖像數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)攝像機圖像中的標識，識別出對應(yīng)攝像機的圖像，并把圖像緩存到SDRAM中。由于加固計算機中的圖像數(shù)據(jù)處理單元與CPU板進行CPCI通信的速度為33MHz，而圖像數(shù)據(jù)處理單元以100MHz的速度接收圖像，因此圖像數(shù)據(jù)處理單元不能實時把攝像機圖像發(fā)送給加固計算機的CPU板，圖像數(shù)據(jù)處理單元采取將后續(xù)接收的圖像不緩存、直到緩存的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢的方式；以及采取將緩存的攝像機圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過重新組織后，按每次發(fā)送64行圖像數(shù)據(jù)給加固計算機CPU板，將一幅圖像分12次發(fā)送給加固計算機CPU板的方式，這樣每秒可發(fā)送一幀圖像。標定計算機終端再通過加固計算機CPU板接收圖像并存儲。

步驟S3.標定計算機終端根據(jù)攝像機圖像對攝像機內(nèi)參數(shù)進行標定。

具體步驟包括：

a.對圖像進行自適應(yīng)閾值分割后，再利用形心法提取標定控制點的橢圓圖像的中心坐標，得到標定控制點在內(nèi)參數(shù)標定裝置平面上的二維物理坐標；

b.假設(shè)標定用光學(xué)平板在世界坐標系中Z＝0，單個像素點在攝像機上是正方形的，且沒有任何鏡頭畸變；利用標定控制點的二維物理坐標與三維物理坐標一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)小孔成像模型和特征點共面的約束條件，即利用直接線性變換或透視變換矩陣方法線性求取攝像機的初始標定參數(shù)；

c.將初始標定參數(shù)重投影回三維空間，最小化重投影坐標與三維物理坐標的差異，進行非線性優(yōu)化求解攝像機內(nèi)參數(shù)，所述內(nèi)參數(shù)具體包括x、y方向的有效焦距、圖像中心、畸變系數(shù)等；

d.將標定控制點坐標的三維物理坐標利用解算出的攝像機內(nèi)參數(shù)反投影到圖像平面，與原始標定控制點的圖像坐標比對，計算反投影誤差，評估攝像機內(nèi)參標定的精度；如果精度滿足要求，則進行下一步驟；如果精度不滿足要求，則重新進行標定。

步驟S4.攝像機進行內(nèi)參數(shù)裝訂。

攝像機內(nèi)參數(shù)標定結(jié)束后將求解出的攝像機內(nèi)參數(shù)裝訂到圖像數(shù)據(jù)處理單元的flash(斷電數(shù)據(jù)保持)中。所述攝像機內(nèi)參數(shù)裝訂進一步包括以下步驟：

a.標定計算機終端標把內(nèi)參數(shù)以UDP報文格式發(fā)給加固計算機CPU板；

b. CPU板把內(nèi)參數(shù)據(jù)裝訂指令封裝成協(xié)議形式發(fā)給圖像數(shù)據(jù)處理單元；

c.圖像數(shù)據(jù)處理單元收到內(nèi)參數(shù)裝訂指令數(shù)據(jù)后，把新的裝訂數(shù)據(jù)寫入?yún)?shù)flash，寫入完成后從flash中把裝訂數(shù)據(jù)讀出，并按協(xié)議格式發(fā)給加固計算機CPU板；

d.加固計算機CPU板以UDP報文格式把圖像數(shù)據(jù)處理單元發(fā)給加固計算機CPU板的數(shù)據(jù)給標定計算機終端發(fā)送；

e.標定計算機終端經(jīng)對比裝訂無誤后，給加固計算機CPU板發(fā)送裝訂正常指令；如果標定計算機終端經(jīng)對比裝訂有問題后，根據(jù)提示操作重新進行上述a～e步驟；

f.加固計算機CPU板發(fā)出數(shù)據(jù)處理正常指令給圖像數(shù)據(jù)處理單元，圖像數(shù)據(jù)處理單元接收到正常指令后進行軟重啟；

g.加固計算機CPU板進行軟重啟。

步驟S5.圖像數(shù)據(jù)處理單元利用攝像機的內(nèi)參數(shù)實時的對目標位置點進行畸變校正。

由于相機鏡頭是90度的廣角鏡頭，從圖像上提取到的目標位置是畸變后的位置，距離實際位置差別大，圖像數(shù)據(jù)處理單元利用相機的畸變參數(shù)和內(nèi)參數(shù)實時對目標位置點進行畸變校正。進一步的，校正可以進行視覺定位等應(yīng)用。

本發(fā)明的另一個具體實施例，公開了一種攝像機內(nèi)參數(shù)標校系統(tǒng)，包括：內(nèi)參數(shù)標定裝置、攝像機、加固計算機與標定計算機終端。

其中，所述內(nèi)參數(shù)標定裝置包括鋁合金光學(xué)平板和全光譜發(fā)光燈具。鋁合金光學(xué)平板上具有圓形通孔陣列，通孔在攝像機成像中的明亮區(qū)域為完整的橢圓形，其他區(qū)域為黑色。所述全光譜發(fā)光燈具為主動發(fā)光陣列，位于鋁合金光學(xué)平板后表面，從背對攝像機的一面插入通孔陣列并固定，燈具不露出鋁合金光學(xué)平板前表面。主動發(fā)光陣列與圓形通孔陣列的行、列數(shù)量相同。全光譜發(fā)光燈具兩端的電壓可調(diào)，通過調(diào)節(jié)該電壓來控制發(fā)光點的亮度。在一個優(yōu)選實施例中，所述圓形通孔直徑8mm、組成7×8的陣列，所述全光譜發(fā)光燈具為7×8的主動發(fā)光陣列。

加固計算機包括航插座、加固計算機CPU板、加固計算機底板和圖像數(shù)據(jù)處理單元。加固計算機的圖像數(shù)據(jù)處理單元與CPU板通過加固計算機底板進行CPCI通信。

標定計算機終端通過網(wǎng)線連接到加固計算機上的航插座，在航插座內(nèi)部與加固計算機CPU板相連。

攝像機通過光纖與加固計算機上的航插座相連，在航插座內(nèi)部與加固計算機的圖像數(shù)據(jù)處理單元相連。

攝像機內(nèi)參數(shù)標校系統(tǒng)的運行方式如下：標定計算機終端通過加固計算機給攝像機發(fā)送拍攝和導(dǎo)出左舷或右舷攝像機圖像的指令；攝像機接受指令后，通過攝像機給內(nèi)參數(shù)標定裝置拍攝圖像，所述圖像來源于左舷或右舷攝像機；再將攝像機圖像發(fā)送給圖像數(shù)據(jù)處理單元；圖像數(shù)據(jù)處理單元接收圖像、經(jīng)過處理后發(fā)送給標定計算機終端；由標定計算機終端根據(jù)攝像機圖像對攝像機內(nèi)參數(shù)進行標定，具體標定方法如步驟S3所述；根據(jù)標定的內(nèi)參數(shù)，對攝像機進行內(nèi)參數(shù)裝訂；再由圖像數(shù)據(jù)處理單元利用內(nèi)參數(shù)實時的對目標位置點進行畸變校正。

綜上所述，本實施例公開了一種攝像機參數(shù)標校方法和系統(tǒng)，能方便快捷的通過獲取攝像機參數(shù)標定板的圖像對攝像機參數(shù)進行標校，不需要精密復(fù)雜的標校設(shè)備。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中。其中，所述計算機可讀存儲介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。