專(zhuān)利名稱(chēng)：一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及媒體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方 法和裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特點(diǎn)是要求有攝t^幾標(biāo)定塊、算法比較復(fù)雜、 精度高。迄今為止，對(duì)于傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定問(wèn)題已提出了很多方法，從標(biāo)定算
法的角度可分成四類(lèi)
1. 采用最優(yōu)化算法的攝像機(jī)標(biāo)定方法
這一類(lèi)攝像機(jī)標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以假設(shè)攝像機(jī)的光學(xué)成像模型非常 復(fù)雜，包括成像過(guò)程中各種因素。然而由此帶來(lái)的問(wèn)題是攝像機(jī)標(biāo)定的結(jié)果 取決于攝像機(jī)的初始給定值，如果初始值給得不恰當(dāng)，4艮難通過(guò)優(yōu)化程序得 到正確的標(biāo)定結(jié)果；而且優(yōu)化程序非常費(fèi)時(shí)，無(wú)法實(shí)時(shí)得到標(biāo)定結(jié)果。
2. 利用透視變換矩陣的掘/f!4幾標(biāo)定方法
從^^影測(cè)量學(xué)的傳統(tǒng)方法可以看出，刻畫(huà)三維空間坐標(biāo)系與二維圖像坐 標(biāo)系關(guān)系的方程一般是攝^4幾內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的非線性方程。如果忽略 攝像機(jī)鏡頭的非線性畸變并且把透視變換矩陣中的元素作為未知數(shù)，給定一 組三維控制點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的圖像點(diǎn)，就可以利用線性方法求解透3見(jiàn)變換矩陣中的 各個(gè)元素。這一類(lèi)標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是不需利用最優(yōu)化方法求解才聶像機(jī)的參數(shù)， 運(yùn)算速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像機(jī)參數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算。缺點(diǎn)是由于標(biāo)定過(guò)程中不考 慮攝像機(jī)鏡頭的非線性畸變，標(biāo)定精度受到影響。盡管如此，由于該方法計(jì) 算速度快等優(yōu)點(diǎn)，利用透視變換矩陣的攝像機(jī)標(biāo)定方法仍被廣泛地應(yīng)用于實(shí) 際系統(tǒng)中，并取得了滿意的結(jié)果。
3. 兩步法直接線性變換方法或者透^L變換矩陣方法可以利用線性方法求解4聶^^機(jī)參 數(shù)，其缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮鏡頭的非線性畸變、精度不高。如果先利用直接線性 變換方法或者透纟見(jiàn)變換矩陣方法求解4聶像才幾參數(shù)，再以求得的參數(shù)為初始值, 考慮畸變因素，并利用最優(yōu)化算法進(jìn)一步提高標(biāo)定精度，這就形成了所謂的 兩步法。Tsai的方法只考慮了徑向畸變，沒(méi)有考慮切向畸變。 4.雙平面標(biāo)定方法
研究人員在傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定方面一直在深入的探討，尋找更合理的攝像 機(jī)模型，使之更全面、更有效地表示CCD攝像機(jī)實(shí)際成像過(guò)程。Martins等首 先提出了雙平面模型(two-plane model);馬頌德和魏國(guó)慶在利用雙平面模型 標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)方面做了大量的研究工作，通過(guò)對(duì)成像過(guò)程分析，并考慮鏡 頭畸變，提出了從圖像到兩個(gè)標(biāo)定平面的回歸模型。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是全部 非線性模型參數(shù)可以用線性方法求解；缺點(diǎn)是要求解大量的未知參數(shù)，存在 過(guò)分參數(shù)化的傾向。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題 人們對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程做了多方面的探討，但該過(guò)程中的參數(shù)獲取流程 至今還沒(méi)有一種綜合考慮各種畸變，真正揭示攝像機(jī)成像參數(shù)關(guān)系的標(biāo)定方 法，從而使測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)就帶來(lái)較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例要解決的問(wèn)題是提供一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法 和裝置，通過(guò)在攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從 而，獲取真正揭示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān)系，減少測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán) 節(jié)的系統(tǒng)誤差。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例一方面提出一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲 取方法，包括以下步驟
通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值；
根據(jù)所述攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算相應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值；
根據(jù)所述待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。
5其中，所述通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值，具體包括 獲取攝像設(shè)備的尺度因子；
通過(guò)線性標(biāo)定方法求取旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣、有效焦距和圖像中心。 其中，所述獲取攝像設(shè)備的尺度因子，具體通過(guò)以下方式獲取 根據(jù)所述攝像設(shè)備的資料中的信息進(jìn)行輸入；或， 通過(guò)攝像設(shè)^f言息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行提取。
其中，所述根據(jù)待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)，具 體為
《,6,^，^，/， w。,v。，血,辦,A >，
其中，《、《、《分別為坐標(biāo)系繞各坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的角度，<h、 &、 &>為平
移矩陣，/為有效焦距，"。、v。為圖像中心，血,辦為所述攝像設(shè)備的尺度因子，
k為設(shè)定的畸變參數(shù)。
其中，所述設(shè)定的畸變參數(shù)k，具體為
根據(jù)經(jīng)馬b殳定，所述畸變參數(shù)的數(shù)量級(jí)具體為l(T4 ~IO-1 。
另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提出一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置，包
括
估算模塊，用于通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值；
計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述估算模塊所估算的攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算 相應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值；
生成模塊，用于根據(jù)所述計(jì)算模塊所計(jì)算得出的待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè) 定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。
其中，所述估算模塊，具體包括
因子獲取子模塊，用于獲取攝像設(shè)備的尺度因子；
參數(shù)計(jì)算子模塊，用于通過(guò)線性標(biāo)定方法求取旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣、有 效焦距和圖像中心。
其中，所述計(jì)算模塊，具體包括
算法設(shè)定子模塊，用于設(shè)定計(jì)算所述待優(yōu)化參數(shù)的算法規(guī)則。 其中，所述生成模塊，具體包括
6設(shè)定子模塊，用于設(shè)定畸變參數(shù)。
本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參 數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從而，獲取真正揭示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān) 系，減少測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前 提下，還可以才艮據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為實(shí)施例中一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法流程圖2為實(shí)施例中另 一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法流程圖3為實(shí)施例中一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法和裝置，通過(guò)在 攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從而，獲取真正揭 示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān)系，減少測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例， 而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有 做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法，包 括以下步驟
步驟S101、通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值。
該步驟具體包括以下內(nèi)容
獲取攝像設(shè)備的尺度因子；
通過(guò)線性標(biāo)定方法求取旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣、有效焦距和圖像中心。
7其中，所述獲取攝像設(shè)備的尺度因子，具體通過(guò)以下方式獲取 根據(jù)所述攝像設(shè)備的資料中的信息進(jìn)行輸入；或， 通過(guò)攝像設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行提取。
步驟S102、根據(jù)所述攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算相應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值。
步驟S103、根據(jù)所述待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。 其中，所述根據(jù)待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)，具 體為
Sc =<《A,《,fl,f2，f3，/,Wo,Vo,血,辦,A > ，
其中，《、A、《分別為坐標(biāo)系繞各坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的角度，<h、t2、 &>為平
移矩陣，/為有效焦距，"。、v。為圖像中心，血，cfy為所述攝i象設(shè)備的尺度因子，
k為設(shè)定的畸變參數(shù)。
其中，所述設(shè)定的畸變參數(shù)k,具體為 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，所述畸變參數(shù)的數(shù)量級(jí)具體為10"4 ~ io-1 。
本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參 數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從而，獲取真正揭示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān) 系，減少測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。
在具體的應(yīng)用環(huán)境中，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種考慮畸變的攝像參數(shù)
獲取方法，如圖2所示，包括以下步驟
步驟S201、利用線性標(biāo)定得到攝像機(jī)參數(shù)的初步估計(jì)值。
(1) 尺度因子
由攝像機(jī)的說(shuō)明書(shū)確定尺度因子血,辦
(2) 利用線性標(biāo)定方法，求取旋轉(zhuǎn)陣R以及平移陣T計(jì)算有效焦距力和 圖像中心"。，v。
步驟S201、考慮影響標(biāo)定精度的畸變，優(yōu)化攝像機(jī)的全部?jī)?nèi)外參數(shù)。 由于R為旋轉(zhuǎn)矩陣，設(shè)《、A、《分別為坐標(biāo)系繞軸旋轉(zhuǎn)的角度，則
8R =
cos ^ cos《cos《sin《+ sin《sin ^ cos《 sin《sin《—cos《sin ^ cos《 -cos《sin《 cos《cos《一sin《sin ^ ,, sin《 sin《cos《+ cos《sin《，sin 0 sin ^ — sin《cos ^ cos《cos ^
待優(yōu)化的參數(shù)為《、《、《和包括畸變參數(shù)在內(nèi)的攝傳水參數(shù) ^《A,6^，f2，G,/,"o，Vo,血，辦,A;〉
在線性標(biāo)定得到的攝像機(jī)參數(shù)的估計(jì)值基礎(chǔ)上產(chǎn)生每個(gè)待優(yōu)化參數(shù)的
初值?；儏?shù)的取值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，其數(shù)量級(jí)一般為10"4 10-1?！丁ⅰ?、《
的初值由下式給出
《=arctan(—r32 / r33)
《=arcsin(/*31) 《=arctan(—A"21 )
本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參 數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從而，獲取真正揭示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān) 系，減少測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。
如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置， 包括
估算模塊1，用于通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值， 其中，估算模塊l具體包括
因子獲取子模塊11 ，用于獲取攝像設(shè)備的尺度因子；
參數(shù)計(jì)算子模塊12，用于通過(guò)線性標(biāo)定方法求取旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣、 有效焦距和圖像中心；
計(jì)算模塊2，用于根據(jù)估算模塊1所估算的攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算相 應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值，
其中，計(jì)算模塊2具體包括算法設(shè)定子模塊21,用于設(shè)定計(jì)算所述待優(yōu) 化參數(shù)的算法規(guī)則；
生成模塊3,用于根據(jù)計(jì)算模塊2所計(jì)算得出的待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定 的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。
9其中，生成模塊3具體包括設(shè)定子模塊31,用于設(shè)定畸變參數(shù)。
本發(fā)明實(shí)施例的4支術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)在揭J象機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參 數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從而，獲取真正揭示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān) 系，減少測(cè)量結(jié)果在招W象系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。
通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本 發(fā)明可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，也可以可借助軟件加必要的通用硬件平臺(tái)的方式 來(lái)實(shí)現(xiàn)基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出 來(lái)，該軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在一個(gè)非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)(可以是CD-ROM, U 盤(pán)，移動(dòng)硬盤(pán)等)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè) 人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，附圖中的 模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn) 和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)4見(jiàn)本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法，其特征在于，包括以下步驟通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值；根據(jù)所述攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算相應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值；根據(jù)所述待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。
2、 如權(quán)利要求l所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法，其特征在于，所 述通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值，具體包括獲取攝像設(shè)備的尺度因子；通過(guò)線性標(biāo)定方法求取旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣、有效焦距和圖像中心。
3、 如權(quán)利要求1所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法，其特征在于，所 述獲取攝像設(shè)備的尺度因子，具體通過(guò)以下方式獲取根據(jù)所述攝像設(shè)備的資料中的信息進(jìn)行輸入；或， 通過(guò)攝像設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行提取。
4、 如權(quán)利要求1所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法，其特征在于，所 述根據(jù)待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)，具體為其中，《、A、《分別為坐標(biāo)系繞各坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的角度，<&、 &、 &>為平 移矩陣，/為有效焦距，"。、v。為圖像中心，血，辦為所述攝像設(shè)備的尺度因子， k為設(shè)定的畸變參數(shù)。
5、 如權(quán)利要求4所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法，其特征在于，所 述設(shè)定的畸變參數(shù)k,具體為根據(jù)經(jīng)馬H殳定，所述畸變參數(shù)的數(shù)量級(jí)具體為1(T4 10-1。
6、 一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置，其特征在于，包括 估算模塊，用于通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述估算模塊所估算的攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算 相應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值;生成模塊，用于根據(jù)所述計(jì)算模塊所計(jì)算得出的待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。
7、 如權(quán)利要求6所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置，其特征在于，所 述估算模塊，具體包括因子獲取子模塊，用于獲取攝像設(shè)備的尺度因子； 參數(shù)計(jì)算子模塊,用于通過(guò)線性標(biāo)定方法求取旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣、有 效焦距和圖像中心。
8、 如權(quán)利要求6所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置，其特征在于，所 述計(jì)算模塊，具體包括算法設(shè)定子模塊，用于設(shè)定計(jì)算所述待優(yōu)化參數(shù)的算法規(guī)則。
9、 如權(quán)利要求6所述的考慮畸變的攝像參數(shù)獲取裝置，其特征在于，所 述生成模塊，具體包括設(shè)定子模塊，用于設(shè)定畸變參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種考慮畸變的攝像參數(shù)獲取方法和裝置，所述方法包括以下步驟通過(guò)線性標(biāo)定計(jì)算獲得攝像參數(shù)的初始估計(jì)值；根據(jù)所述攝像參數(shù)的初始估計(jì)值計(jì)算相應(yīng)的待優(yōu)化參數(shù)的初值；根據(jù)所述待優(yōu)化參數(shù)的初值和設(shè)定的畸變參數(shù)生成攝像參數(shù)。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，在攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中的參數(shù)獲取流程中綜合考慮各種畸變，從而，獲取真正揭示攝像機(jī)成像的參數(shù)關(guān)系，減少測(cè)量結(jié)果在攝像系統(tǒng)標(biāo)定環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101686412SQ20081022326
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
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