申请/专利权人：湖南大学

申请日：2021-10-08

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN113989382B

主分类号：G06T7/80

分类号：G06T7/80

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2022.02.18#实质审查的生效;2022.01.28#公开

摘要：一种云台相机主动标定方法，包括利用云台相机对某个至少有两条直线的3D场景进行拍摄，旋转云台相机，采集不少于三张图片，并确定3D场景中的直线在当前图片像素坐标系下的直线方程；包括根据云台相机的旋转角度，确定采集到的图片的坐标系以及前后图片中同一点的数学关系，得到前后图片之间点的直接投影关系式，利用前后图片中直线上的点的约束性，将前后图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合、简化；还包括根据直线上的点、点之间的投影关系及找到的直线对，确定关于相机内参的线性方程，结合所有线性方程，计算得到云台相机的四个内参。本发明利用直线对的位置信息来完成云台相机内参的计算，方便、快捷、精确度高。

主权项：1.一种云台相机主动标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用云台相机对某个至少有两条直线的3D场景进行拍摄，旋转云台相机，采集不少于三张图片，并确定3D场景中的直线在当前图片像素坐标系下的直线方程；步骤二、根据云台相机的旋转角度，确定采集到的图片的坐标系以及前后图片中同一点的数学关系，得到前后图片之间点的直接投影关系式，利用前后图片中所述直线上的点的约束性，将所述前后图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合、简化；步骤三、根据所述直线上横坐标为cx的点或纵坐标为cy的点、点之间的投影关系以及找到的直线对，确定关于相机内参的线性方程，结合所有线性方程，计算得到云台相机的四个内参fx、fy、cx和cy；步骤一中，所述3D场景中有两条直线，所述云台相机采集得到的图片为三张，所述云台相机拍摄完第一张图片后，围绕y轴旋转θp拍摄第二张图片，再围绕x轴旋转θt拍摄第三张图片；步骤一中，确定3D场景中的两条直线分别在三张图片的像素坐标系下的直线方程，其中：两条直线在第一张图片的像素坐标系下的直线方程分别为：V＝a00U+b001V＝a01U+b012两条直线在第二张图片的像素坐标系下的直线方程分别为：V＝a10U+b103V＝a11U+b114两条直线在第三张图片的像素坐标系下的直线方程分别为：V＝a20U+b205V＝a21U+b216步骤二中，在确定第一张图片和第二张图片之间点的直接投影关系式时：先根据云台相机在拍摄完第一张图片后围绕y轴旋转θp拍摄得到的第二张图片，确定第二张图片的坐标系为： 设云台相机内参矩阵为k，则： 再令第一张图片中某一点的齐次坐标为p1U1,V1,1，经云台相机旋转后在第二张图片中该点的齐次坐标为p2U2,V2,1，确定所述点p1和点p2之间的数学关系为： 其中，w为尺度因子；最后得到第一张图片和第二张图片之间点的直接投影关系式如下： 步骤二中，利用前后图片中所述直线上的点的约束性，将所述第一张图片和第二张图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合、简化时：先根据第一张图片的一条直线上的任意一点将落于第二张图片的同一直线上，确定第一张图片和第二张图片之间点的直接投影关系式的约束项为：AU2+BV2+C＝012其中，A、B、C为第二张图片中直线的齐次表示；再将上述式10、11代入式12中，把第一张图片和第二张图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合，得到： 最后将上述式13化简得到： 步骤三中，在根据直线上横坐标为cx的点、点之间的投影关系以及找到的直线对，确定关于相机内参的线性方程：先选取所述第一张图片中直线上横坐标为cx的点cx，V1，根据第一张图片的像素坐标系下的直线方程，得到该点的纵坐标V1＝acx+b，将该点cx，acx+b1代入式14中，得到：Asinθpfx+Acosθp+Bacx+Bcosθp-Bcy+Bb+Ccosθp＝015再对第一张图片中的两条直线分别列出如式15的方程，得到：A11fx+A13cx+A14cy+A15＝016A21fx+A23cx+A24cy+A25＝017步骤二中，在确定第二张图片和第三张图片之间点的直接投影关系式时：先根据云台相机在拍摄完第二张图片后围绕x轴旋转θt拍摄得到的第三张图片，确定第三张图片的坐标系为： 再由于第二张图片中某一点的齐次坐标为p1U1,V1,1，经云台相机旋转后在第三张图片中该点的齐次坐标为p3U3,V3,1，确定所述点p2和点p3之间的数学关系为： 其中，w为尺度因子；最后得到第二张图片和第三张图片之间点的直接投影关系式如下： 步骤二中，利用前后图片中所述直线上的点的约束性，将所述第二张图片和第三张图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合、简化时：先根据第二张图片的一条直线上的任意一点将落于第三张图片的同一直线上，确定第二张图片和第三张图片之间点的直接投影关系式的约束项为：AU3+BV3+C＝022其中，A、B、C为第三张图片中直线的齐次表示；再将上述式20、21代入式22中，把第二张图片和第三张图片之间点的直接投影关系式与其约束项进行整合，得到： 最后将上述式13化简得到： 步骤三中，在根据直线上纵坐标为cy的点、点之间的投影关系以及找到的直线对，确定关于相机内参的直线方程：先选取所述第一张图片中直线上纵坐标为cy的点U2，cy，根据第二张图片的像素坐标系下的直线方程，得到该点的横坐标将该点代入式24中，得到： 再对第二张图片中的两条直线分别列出如式25的方程，得到：A32fy+A33cx+A34cy+A35＝026A42fy+A43cx+A44cy+A45＝027。

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