一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法
2023-05-28 10:18:41
一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，首先，建立全景高速球中PTZ攝像機的旋轉模型；其次，基於PTZ攝像機拍攝的包含場景所有信息的多張PTZ圖像拼接獲得全景圖像；再次，基於全景圖像，分別建立其像素點與PTZ攝像機運動參數之間的映射關係H2，以及其像素點與魚眼圖像中像素點之間的映射關係H1；最後，基於映射關係H1和H2，建立魚眼圖像中像素點與PTZ攝像機運動參數之間的映射關係H，從而實現了全景凝視相機的空間標定。所述方法能夠準確控制全景凝視相機中PTZ攝像機的水平偏轉角和垂直偏轉角，使得選取的魚眼攝像機拍攝得到的魚眼圖像中的感興趣監控位置置於PTZ攝像機拍攝的圖像的中心，從而實現精確定位監控。
【專利說明】一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及圖像標定方法，特指一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，屬於圖像信息處理領域。
【背景技術】:
[0002]目前，在安防監控領域，大量攝像機被安裝在政府大樓、軍事基地、銀行、學校、商場、監獄、停車場、港口碼頭以及城市街道等各類場所，此外，在其他應用領域，如視頻會議、遠程教育、機器人導航以及機器人導航等領域，攝像機的應用也在不斷擴大。但是，隨著攝像機的大規模普及應用，傳統攝像機的不足之處逐漸暴露了出來。由於拍攝範圍有限，傳統攝像機只能看到攝像頭前方很小一部分的場景，因而存在監控盲區和監控死角，影響了實際的監控效果，這種情況下，為了進行更大範圍的監控，只能安裝多個攝像機，這不僅會帶來成本問題，而且對於監控觀察也會產生影響。
[0003]近年來，隨著視頻監控技術的不斷發展，利用魚眼鏡頭獲取180度全景圖像的技術越來越成熟。與傳統攝像機相比，魚眼全景攝像機(以下簡稱魚眼攝像機)擁有更大範圍的觀察視野，能夠覆蓋180°或360°的場景，滿足了當前安防監控等領域對大視場的需求。但是，由於其覆蓋區域過大，導致拍攝得到的全景圖像解析度受限，使得在觀察局部場景時效果不佳。因此，僅僅利用單一的魚眼攝像機仍然無法完全滿足當前的需求。
[0004]為克服魚眼攝像機無法進行有效局部觀察的缺陷，出現了魚眼攝像機與PTZ攝像機相配合的全景凝視相機。PTZ攝像機(又名高速球攝像機)是現今安防市場中的高端一體化攝像設備，可以水平、垂直改變視角以及進行變焦，具有快速定位和變焦的能力，使得用戶可以及時監控到目標的細節信息。但其拍攝範圍有限，不能同時兼顧多個不同的場景。全景凝視相機將魚眼攝像機與PTZ攝像機聯合起來，充分發揮了兩類攝像機的優勢，同時克服了他們各自的缺陷。如圖1所示為全景凝視相機實物圖，圖2所示為其結構示意圖，其中,魚眼攝像機I負責監控整個環境,獲得180度全景圖像，PTZ攝像機2負責對全景圖像中感興趣區域進行重點的凝視觀察。
[0005]全景凝視相機的理想應用是實現精確地聯動，即對於全景圖像中的指定位置，PTZ攝像機能夠進行快速精準的聚焦定位。但是，由於實際安裝過程中存在的各種偏差，不同的全景凝視相機中全景攝像機和PTZ攝像機之間的相對位置往往也是不同的，即全景圖像中像素點與PTZ攝像機運動參數的空間映射關係是不同的，因此，對於每臺全景凝視相機需要進行空間標定，從而能夠準確控制PTZ攝像機的水平偏轉角和垂直偏轉角，使得全景圖像中選取的感興趣監控位置置於PTZ攝像機拍攝的圖像的中心。
【發明內容】
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[0006]本發明要解決的問題在於:對於不同的全景凝視相機，全景圖像中的像素點與PTZ攝像機的運動參數的空間映射關係是不同的，因此需要對全景凝視相機進行空間標定，從而能夠準確控制PTZ攝像機的水平偏轉角和垂直偏轉角，使得全景圖像中選取的感興趣監控位置置於PTZ攝像機拍攝的圖像的中心。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是:一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，包括如下步驟:
[0008]步驟I)建立PTZ攝像機的旋轉模型；
[0009]首先，建立PTZ攝像機坐標系0-ΧΥΖ，其中，O為PTZ攝像機的光心，PTZ攝像機的主點為Po，則OPtl為PTZ攝像機的光軸，假設Ptl點的偏航角和俯仰角分別為％和Θ 0,則P。
點的坐標值(Xc^ymZtl)計算如下:
[0010]
【權利要求】
1.一種基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟I)建立PTZ攝像機的旋轉模型； 首先，建立PTZ攝像機坐標系0-ΧΥΖ，其中，O為PTZ攝像機的光心，PTZ攝像機的主點為Po，則OPtl為PTZ攝像機的光軸，假設Ptl點的偏航角和俯仰角分別為％和Θ 0,則Ptl點的坐標值(Xt), y0, Z0)計算如下:
2.根據權利要求1所述基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，其特徵在於，所述步驟4)中建立映射關係H1採用的模板匹配方法為快速模板匹配的歸一化相關匹配法，具體步驟如下:(1)將魚眼圖像Ipan。分割成MXN個圖像塊，第i個圖像塊記為/〗_，把。作為模板圖像； (2)將模板圖像/與拼接全景圖像I_nt進行匹配計算，得到拼接全景圖像中與之最匹配的圖像
3.根據權利要求2所述基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，其特徵在於，所述步驟(2)的匹配計算中，在拼接全景圖像中選擇與模板圖像/丨_具有相同的中心點坐標值，但其大小為模板圖像/ 的2-8倍的匹配區域作為最有可能存在匹配圖像的區域進行匹配計算。
4.根據權利要求2或3所述基於圖像拼接的全景凝視相機空間標定方法，其特徵在於，所述映射關係H1的計算過程中，還包括使用RANSAC算法檢測出錯誤匹配的圖像塊，並且進行 修正。
【文檔編號】G06T7/00GK103971375SQ201410218833
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】劉煜, 張茂軍, 左承林, 王煒, 徐瑋 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學