CN101686407A - 一种采样点信息的获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采样点信息的获取方法和装置，包括：通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数，根据该内部参数和外部参数获取标定参数。根据所述标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。本发明实施例提供一种采样点信息的获取方法和装置，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点的信息，进而重建携带纹理信息的三维模型。从而可以充分发挥虚拟场景中虚拟摄像机的优势，使空间三维更加真实。

Description

一种采样点信息的获取方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种采样点信息的获取方法和装置。

背景技术

虚拟演播室系统(The Virtual Studio System，VSS)是近年来随着计算机技术的飞速发展和色键技术的不断改进而出现的一种新的电视节目制作系统。

典型的虚拟演播室系统是由摄像设备、摄像机位置参数分析和控制、图形计算机、背景材料库和图像合成等设备组成。虚拟演播室节目制作系统构成的简单框图如图1所示。

演员在蓝背景中由真实摄像机拍摄，而如图1所示的包括图形计算机和素材库的背景图像记录及生成系统称为虚拟摄像机。真实的摄像机和虚拟的摄像机始终是绑定的。因此，需要确定真实摄像机的位置参数，包括真实摄像机在演播室中的空间位置、摄像机的运动参数和摄像机镜头设置参数。其中，摄像机的运动参数包括倾斜、转动和翻转等参数，摄像机的镜头设置参数包括变焦、聚焦和光圈等参数。

所有这些数据都被送入计算机中进行分析，实时生成与前景图像保持正确透视关系的背景图像。然后，前景图像(包括演员、真实场景和道具)与计算机生成的背景图像通过色键控制器进行天衣无缝的合成。输出的图像可以直接播出或记录在存储媒介上。

无论是早期的二维虚拟演播室系统还是如今最先进的三维虚拟演播室系统，其核心技术都离不开摄像机跟踪和图形渲染这两点。摄像机跟踪的精确度决定了整套虚拟演播室系统的制作质量优劣。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的摄像机跟踪的精确度差，任何针对摄像机动作跟踪的细微偏差，会使真人实景与虚拟场景间的结合显得虚假、不自然。

发明内容

本发明实施例提供一种采样点信息的获取方法和装置，以利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点的信息，进而重建携带纹理信息的三维模型。

为达到上述目的，本发明实施例一方面提供一种采样点信息的获取方法，包括：

通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数，根据该内部参数和外部参数获取标定参数。

根据所述标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。

其中，通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数具体包括：

利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的内部参数，以及所述摄像机的外部参数。

其中，所述根据该内部参数和外部参数获取标定参数具体包括：

对所述摄像机的内部参数和外部参数进行优化，存储优化后的参数，作为标定参数。

所述目标采样点信息包括深度图像信息和纹理图像信息，具有6个自由度。

本发明实施例另一方面提供一种采样点信息的获取装置，包括：

第一参数获取模块，用于通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数；

第二参数获取模块，用于根据所述内部参数和外部参数获取标定参数；

信息获取模块，用于根据所述标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。

第一参数获取模块具体包括：

内部参数计算子模块，用于利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的内部参数；

外部参数计算子模块，用于利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的外部参数。

第二参数获取模块具体包括：

优化子模块，用于对所述摄像机的内部参数和外部参数进行优化；

存储子模块，用于存储优化后的参数，作为标定参数。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：本发明实施例提供一种采样点信息的获取方法和装置，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点的信息，进而重建携带纹理信息的三维模型。从而可以充分发挥虚拟场景中虚拟摄像机的优势，使空间三维更加真实。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中虚拟演播室节目制作系统构成的简单框图；

图2是本发明实施例中采样点信息的获取方法的流程图；

图3为双目立体视觉空间几何关系的示意图；

图4为本发明实施例中采样点信息的获取装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，为本发明实施例采样点信息的获取方法的流程图，具体包括：

步骤S201，通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数，根据该内部参数和外部参数获取标定参数。

在获得摄像机的内部参数和外部参数之后，对该摄像机的内部参数和外部参数进行优化，存储优化后的参数，作为标定参数。

其中，该摄像机的内部参数包括摄像机的光学和几何学特性，焦距，比例因子和镜头畸变等。镜头畸变参数的取值根据经验确定，其数量级一般为10^-4～10^-1。

该摄像机的外部参数包括摄像机坐标相对于世界坐标系的位置和方向，如旋转和平移。

步骤S202，根据该标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。

其中，目标采样点信息包括六个自由度(x，y，z，u，v，c)。

双目立体视觉的基本原理是从两个视点观察同一景物，以获取在不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(即视差)来获取物体的三维几何信息。为了最终恢复物体的三维形状，立体视觉中一般需解决以下三方面的问题：图像表面上的视差计算，由视差恢复某些点的三维坐标以及利用稀疏的三维数据恢复立体表面。双目线索是人类和动物的视觉系统获取深度信息的主要手段之一，这里先就一般性原理进行阐述。如图3所示，在图3所示的立体视觉的几何模型中，两个图像平面位于同一平面上，Cl和Cr分别为左、右两个摄像机的光学中心的位置(透镜中心)，摄像机的焦距为F，两摄像机的坐标轴相互平行且x轴重合，x方向上摄像机的间距为基线距离B，物点P(x，y，z)在左、右图像平面中的投影点分别为P_l(x₁，y₁)和P_r(x₂，y₂)，P与Cl，Cr连线之间的距离为Z，过Cl和Cr分别向图像面(即视平面)作垂线，垂足为L和R。令|LP_l|＝x_l，|RP_r|＝x_r，不失一般性，假设坐标系原点与左透镜中心重合，由三角形相似关系可得：

$\frac{z-F}{z}=\frac{a}{a+x_r}---\left(1\right)$

$\frac{z-F}{z}=\frac{B-x_l+x_r+a}{a+B+x_r}---\left(2\right)$

由(1)与(2)可以得到：

$\frac{a}{a+x_r}=\frac{B-x_l+x_r+a}{a+B+x_r}=1-\frac{x_l}{a+B+x_r}---\left(3\right)$

从而有：

$a=\frac{{\mathrm{Bx}}_l}{x_l-x_r}-x_r---\left(4\right)$

将(4)代入(1)得，

$z=\frac{\mathrm{BF}}{x_l-x_r}---\left(5\right)$

式(5)中，z为测量物点P的深度信息，由式(5)可以看出，深度信息z与基线距离B，焦距F和x_l-x_r有关。x_l-x_r称为点P在左、右两个图像面上形成的视差，它表示了该点在左、右两幅图像中成像点的位置差异。

本发明实施例中，B表示摄像机之间的距离，F表示摄像机的内部参数，x_l-x_r表示各摄像机成像点之间的关系。

目标采样点的六个自由度中的x，y可以从成像平面坐标系中读取，然后通过式(5)可以获得目标采样点的深度信息z，(x，y，z)表示目标采样点的三维空间坐标，形成感兴趣区域的深度图像。(u，v)表示目标采样点的纹理坐标，c表示点的颜色值，c又包括(R，G，B)三个分量。(u，v，c)形成感兴趣区域的纹理图像。根据深度图像和纹理图像，在进行多视角深度图像合成的同时，进行多视角的纹理图像的融合，进而可以重建携带纹理信息的三维模型。

本发明实施例还提供了一种采样点信息的获取装置，如图4所示，包括：

第一参数获取模块410，用于通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数；其中，该摄像机的内部参数包括摄像机的光学和几何学特性，焦距，比例因子和镜头畸变等。镜头畸变参数的取值根据经验确定，其数量级一般为10^-4～10^-1。该摄像机的外部参数包括摄像机坐标相对于世界坐标系的位置和方向，如旋转和平移。

第二参数获取模块420，用于根据所述内部参数和外部参数获取标定参数；

信息获取模块430，用于根据所述标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。该目标采样点信息包括深度图像信息和纹理图像信息，具有6个自由度(x，y，z，u，v，c)。

上述第一参数获取模块410具体包括：

内部参数计算子模块4101，用于利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的内部参数；

外部参数计算子模块4102，用于利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的外部参数。

上述第二参数获取模块420具体包括：

优化子模块4201，用于对所述摄像机的内部参数和外部参数进行优化；

存储子模块4202，用于存储优化后的参数，作为标定参数。

本发明实施例提供一种采样点信息的获取方法和装置，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点的信息，进而重建携带纹理信息的三维模型。从而可以充分发挥虚拟场景中虚拟摄像机的优势，使空间三维更加真实。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种采样点信息的获取方法，其特征在于，包括：

通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数，根据该内部参数和外部参数获取标定参数。

根据所述标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数具体包括：

利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的内部参数，以及所述摄像机的外部参数。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据该内部参数和外部参数获取标定参数具体包括：

对所述摄像机的内部参数和外部参数进行优化，存储优化后的参数，作为标定参数。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标采样点信息包括深度图像信息和纹理图像信息，具有6个自由度。

5、一种采样点信息的获取装置，其特征在于，包括：

第一参数获取模块，用于通过标准的标定板计算摄像机的内部参数和外部参数；

第二参数获取模块，用于根据所述内部参数和外部参数获取标定参数；

信息获取模块，用于根据所述标定参数，利用双目立体视觉的基本原理获取感兴趣区域的目标采样点信息。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一参数获取模块具体包括：

内部参数计算子模块，用于利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的内部参数；

外部参数计算子模块，用于利用标定板的参照点和所述标定板的空间坐标计算摄像机的外部参数。

7、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二参数获取模块具体包括：

优化子模块，用于对所述摄像机的内部参数和外部参数进行优化；

存储子模块，用于存储优化后的参数，作为标定参数。

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