CN102082905A - 一种检测摄像机光轴位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于视频监控领域，提供了一种检测摄像机光轴位置的方法，包括以下步骤：控制摄像机变倍到一整数倍下；获取图像中其中一个标识点的位置；获取至少两组同一标识点在摄像机不同整数变倍下的图像中的位置；根据同一标识点在不同摄像机倍数下图像中的位置计算摄像机光轴在图像中的位置。本发明提出的检测摄像机光轴位置的检测方法的检测过程简单明了，易于实现，所得到的摄像机光轴在图像中的位置可更加准确预测摄像机变倍后物体的位置及大小。此外，应用本发明得到的摄像机光轴在图像中的准确位置可减小由于摄像机光轴不在图像中心给视频分析算法带来的误差，提高智能安防系统的准确性。

Description

一种检测摄像机光轴位置的方法

技术领域

本发明属于视频监控领域，尤其涉及一种检测摄像机光轴位置的方法。

背景技术

所谓“光轴”就是一条垂直穿过理想透镜中心的光线。摄像机光轴是穿过摄像机镜头组所有镜片中心的一条直线。实际镜头是由数片凸透镜和凹透镜组合而成，摄像机成像时，被拍摄物体发出的光经过镜头的光学系统的折射，由图像传感器接收将光信号进而成像。摄像机在变焦距过程中，由于焦距的变化会导致进入摄像机镜头的光线的光路发生变化，因而在对同一距离的同一目标进行拍摄时，镜头焦距越长，水平视角越窄，拍摄到的景物范围就越小，反之镜头焦距越短，水平视场角就越宽，拍摄到的景物范围也就越大。然而在所有进入摄像机镜头的光线中与摄像机光轴重合的光线不会发生光路的变化，始终由图像传感器的同一点进行接收，因而摄像机在变焦距过程中，与摄像机光轴重合的光线在图像传感器上的成像点不会发生变化。摄像机变倍就是以此点作为中心进行的图像缩放。摄像机在设计过程中图像传感器的成像面积往往大于实际输出的成像面积，需要从中进行一定的截取及转换以得到期望的图像大小，这一过程导致了摄像机输出的视频图像中心不再是摄像机光轴的对应位置，因而在摄像机变倍的过程中，我们会发现摄像机输出的图像的中心对应的景物点会随着变倍过程发生小范围的偏移。

在安防监控系统中，视频监控是最广泛使用的监控方式之一，在监控系统中配有摄像机，摄像机采集现场的画面，并将其送回控制中心，供监控人员对现场进行监控。随着智能监控技术的不断发展和数字图像处理技术的日益成熟，以人工智能和视频分析等技术为主的智能安防系统越来越受到用户的青睐。在智能安防系统中，通过获取系统中摄像机采集的图像进行视频分析以控制监控设备完成一些智能行为。通常一些视频分析算法将从摄像机获取得到的图像的中心作为摄像机光轴对应的位置。而实际上摄像机光轴与图像中心位置是存在偏离的。这将导致很多以图像中心为摄像机光轴对应位置的图像处理算法也出现偏差，使得视频分析出现误差。例如在控制云台自动跟踪目标的应用中，通常需要通过控制云台摄像机变倍使得目标在监控画面上呈现在合适的位置及合适的大小，然而由于图像中心和摄像机光轴对应位置的偏差使得在控制云台摄像机变倍时导致目标和预期的结果不一致，非常不利于目标跟踪算法的实现。

因而在智能视频分析技术中某些图像处理算法就需要直观的知道摄像机光轴在所处理图像中的位置，以帮助视频分析算法更加准确的进行。

发明内容

本发明提供了一种在智能视频分析技术中某些图像处理算法就需要直观的知道摄像机光轴在所处理图像中的位置，以帮助视频分析算法更加准确进行的检测摄像机光轴位置的方法。

本发明实施例的目的在于提供一种检测摄像机光轴位置的方法，包括以下步骤：

控制摄像机变倍到一整数倍下；

获取图像中其中一个标识点的位置；

获取至少两组同一标识点在摄像机不同整数变倍下的图像中的位置；

根据同一标识点在不同摄像机倍数下图像中的位置计算摄像机光轴在图像中的位置。

本发明提出的检测摄像机光轴位置的检测方法的检测过程简单明了，易于实现，所得到的摄像机光轴在图像中的位置可更加准确预测摄像机变倍后物体的位置及大小。此外，应用本发明得到的摄像机光轴在图像中的准确位置可减小由于摄像机光轴不在图像中心给视频分析算法带来的误差，提高智能安防系统的准确性。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的检测摄像机光轴位置的方法的实现流程图；

图2为本发明第二实施例提供的检测摄像机光轴位置的方法的实现流程图。

图3是本发明实施例提供的检测摄像机光轴位置的方法的典型实施环境图；

图4是本发明实施例提供的检测摄像机光轴位置的方法的数据拟合方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明第一实施例提供的检测摄像机光轴位置的方法的实现流程图。详述如下：

一种检测摄像机光轴位置的方法，包括以下步骤：

在步骤S101中，控制摄像机变倍到一整数倍下；

在步骤S102中，获取图像中其中一个标识点的位置；

在本步骤中，获取图像中某个特征点的位置的方法可通过图像处理算法实现。

在本步骤中，通过图像处理算法获取图像中某个标识点的位置的方法可通过搭建理想环境使标识点的位置易于用简单的图像处理算法获取。

在步骤S103中，获取至少两组同一标识点在摄像机不同整数变倍下的图像中的位置；

在步骤S104中，根据同一标识点在不同摄像机倍数下图像中的位置计算摄像机光轴在图像中的位置。

在本步骤中，摄像机光轴在图像中的对应位置的计算方法是依据在不同摄像机变倍下同一物体在图像中的大小与摄像机变倍成比例的原理得到的。即当变倍变为N倍时，所拍摄到的某物体在图像中的大小即宽度和高度都增加为摄像机在1倍变倍下物体在图像中的大小的N倍。

在本步骤中，摄像机光轴在图像中的对应位置的计算方法是依据图像中的任意标识点的位置与摄像机光轴在图像中的对应位置在水平或垂直方向的距离与摄像机的变倍成比例关系计算得到。

在本步骤中，根据实验数据可以获取多组检测结果，通过数据拟合方法可提高检测结果的准确性。

图2示出了本发明第二实施例提供的检测摄像机光轴位置的方法的实现流程图。详述如下：

一种检测摄像机光轴位置的方法，包括以下步骤：

在步骤S201中，控制摄像机变倍到某一整数倍M下；

在步骤S202中，通过图像处理算法检测此时摄像机所摄取的图像中某个标识点的位置，即得到该标识点在图像上的像素坐标，用该标识点在图像上所处的行数y1和列数x1表示。

在步骤S203中，控制摄像机变倍到另一整数倍N下，即M不等于N；

在步骤S204中，通过图像处理算法再次检测此时摄像机所摄取的图像中同一标识点在图像中的位置，用该标识点在图像上所处的行数y2和列数x2表示。

在步骤S205中，依据图像中某一标识点与摄像机光轴在图像中的对应点之间的距离在不同摄像机整数倍下与摄像机变倍倍数成比例的关系，即假设摄像机光轴在图像中对应的位置点用行数x和列数y表示，那么在不同摄像机变倍参数下水平方向的距离|x-x1|与|x-x2|之比等于M比N，垂直方向的距离|y-y1|与|y-y2|之比也等于M比N的关系计算出摄像机光轴在图像上的位置点x和y。

本发明实施例提供的是检测摄像机光轴在图像中的位置的方法，其主要原理是依据摄像机变倍的原理。摄像机的变倍参数是指摄像机的变焦倍数，通过镜头的移动改变摄像机的焦距实现摄像机的变倍。通常摄像机给出焦距的变化范围进而可以得到摄像机的最大光学变焦倍数。进而得到的整数变焦倍数。在摄像机的各光学变焦倍数下，在摄像机变倍为1倍时，所摄取景物画面上的任意一点距离摄像机光轴在画面上的位置有一定的距离，当摄像机变倍变为N倍时，所摄取的景物画面任意一点距离光轴位置的距离变为原来的N倍。因而摄像机所摄取景物范围内的物体在画面中的长度和宽度变为原来的N倍。依据这一原理如果我们已知某一标识不同摄像机变倍下的图像中的位置通过前述关系就可以得到摄像机光轴在图像中的位置。假设摄像机光轴在图像中的位置用(x₀，y₀)来表示，摄像机变倍参数为M时某一标识点在图像中的位置用(x_m，y_m)，摄像机变倍参数为N时同一标识点在图像中的位置用(x_n，y_n)来表示，并且所选的标识点的位置与摄像机光轴在图像中的对应位置在水平方向和垂直方向都没有重合，即x_n≠x_m、y_n≠y_m时，那么这一标识点在水平和垂直方向距离摄像机光轴位置的距离就可以用|x₀-x_m|、|y₀-y_m|、|x₀-x_n|、|y₀-y_n|来表示，因而可得如下关系式：

$\frac{|x_0-x_m|}{|x_0-x_n|}=\frac{M}{N}$

(1)

$\frac{|y_0-y_m|}{|y_0-y_n|}=\frac{M}{N}$

(2)

由此公式(1)、(2)可得到摄像机光轴在图像中的位置：

$x_0=\left|\frac{{\mathrm{Mx}}_n-{\mathrm{Nx}}_m}{M-N}\right|$

(3)

$y_0=\left|\frac{{\mathrm{My}}_n-{\mathrm{Ny}}_m}{M-N}\right|$

(4)

由公式(3)(4)可知，我们只要知道某一标识点在两个不同摄像机倍数下的图像中的位置变可以得到摄像机光轴在图像中的位置。上述关系是在我们假设摄像机光轴在图像中的对应位置与所选的标识点在水平和垂直方向都没有重合时得到的。然而在实际测试时我们对摄像机在图像中的对应位置是未知的，这样所选的标识点的位置就有可能在水平或垂直方向出现重合的情况，当重合时我们会得到不同变倍情况下标识点的位置在这一方向上是不变的，即：

x_n＝x_m

(5)

y_n＝y_m

(6)

由摄像机变倍原理，可得当x_n＝x_m时

x₀＝x_m

(7)

当y_n＝y_m时

y₀＝y_m

(8)

为了便于检测标识点，可以搭建适宜环境，在本实施例中我们将sony480摄像机对准一块足够大的白色测试板，并使摄像机与白色测试板平面保持垂直。我们在白色测试板上贴一块黑色纸贴作为标识点，如图3所示。在这种环境下标识点的检测非常容易进行，我们将摄像机输出的模拟视频与基于DSP处理器DM642的图像处理装置相连接，通过该装置获取到数字图像，在该检测环境下通过判断图像像素的灰度值就可以知道该像素是否属于该标识物。找到所有属于标识点上的像素通过求平均值就可以得到标识点的中心位置。

由于摄像机本身的整数变倍存在一定的精度及通过图像处理算法检测标识点的位置时也存在一定的误差，因而通过两个不同摄像机变倍下的数据获取到的摄像机光轴在图像中的位置也必然存在一定的误差。为提高检测精度，我们可以获取多组不同摄像机变倍倍数下的标识点在图像中的位置。假设我们获取了6组标识点的位置，如图4所示，图中黑色点位置代表我们实际检测到的标识点的位置，然后我们采用最小二乘拟合方法对获取到的标识点的位置进行拟合，会得到最小二乘法的拟合直线，图4中虚线即为最小二乘拟合的结果，根据拟合所得到的直线可以得到各组检测数据修正后的结果，如图3中红色点所示。采用拟合后的标识的位置带入到公式(3)(4)(7)(8)中可以得到摄像机光轴在图像中的更加精确的位置。

由于摄像机本身变倍功能的精度原因及图像处理算法检测标识点的准确性的问题可能导致得到的结果存在一定的误差，然而经由本方法可以给出摄像机光轴在图像对应位置与图像中心的像素级别的偏差量，可以使某些涉及摄像机光轴在图像中的位置的图像处理算法得到修正，提高视频分析结果的准确性，因而得到实际应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种检测摄像机光轴位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制摄像机变倍到一整数倍下；

获取图像中其中一个标识点的位置；

获取至少两组同一标识点在摄像机不同整数变倍下的图像中的位置；

根据同一标识点在不同摄像机倍数下图像中的位置计算摄像机光轴在图像中的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取图像中其中一个标识点的位置通过图像处理算法实现。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄像机光轴在图像中的位置的计算方法是依据在不同摄像机变倍下同一物体在图像中的大小与摄像机变倍成比例的原理得到的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄像机光轴在图像中的位置的计算方法是依据图像中的任意标识点的位置与摄像机光轴在图像中的对应位置在水平或垂直方向的距离与摄像机的变倍成比例关系计算得到。

Images