CN102999893B - 修正摄像机镜头内参数误差的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修正摄像机镜头内参数误差的方法及系统，涉及摄影摄像技术领域，解决了现有技术中在拍摄时，由于内参数的误差的存在，按照预设的变焦脉冲对焦时，如果旋转摄像机，虚拟物体会出现漂移的问题。本发明实施例提供的方案为：接收摄像机镜头的变焦脉冲；根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值。本发明实施例适用于摄影摄像设备等。

Description

修正摄像机镜头内参数误差的方法及系统

技术领域

本发明涉及摄影摄像技术领域，尤其涉及一种修正摄像机镜头内参数误差的方法及系统。

背景技术

由于在测定摄像机镜头内参数的时候，由于存在一定的误差，不可能保证在每个变焦值下测得的内参数都是准确的，所以，在跟踪的时候就可能因为内参数的误差导致跟踪效果不理想。具体体现为：在拍摄时，由于内参数的误差的存在，按照预设的变焦脉冲对焦时，如果旋转摄像机，虚拟物体会出现漂移。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于提供一种修正摄像机镜头内参数的方法及系统，在不影响纯变焦的跟踪效果的基础上，消除在旋转摄像机时因内参数不正确带来的漂移现象。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下所描述：

一种修正摄像机镜头内参数误差的方法，包括：

接收摄像机镜头的变焦脉冲；

根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值，修正后的所述变焦脉冲的变焦值对应的内参数矩阵为K_s：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{sf}}_x& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{sf}}_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，u₀和v₀则表示的是摄像机的光学中心，f_x和f_y分别为每个变焦值对应在u轴和v轴上的归一化焦距。

进一步的，所述变焦因子s的取值为固定值，将整个变焦脉冲区间的所有变焦值均用所述变焦因子s修正。

进一步的，所述变焦因子s的取值为0.9-1.1。

进一步的，所述变焦因子s的取值为变量，首先在整个变焦脉冲区间选取多个采样点，多个采样点将整个变焦脉冲区间分为若干个子区间；测定每个采样点在跟踪效果最佳时对应的变焦值，然后计算出对应的变焦因子s；而整个变焦脉冲区间的其他点的所述变焦因子s的取值则根据该点所在子区间的两端采样点对应的变焦因子通过线性插值方法确定。

一种修正摄像机镜头内参数误差的系统，包括：

接收模块，用于接收摄像机镜头的变焦脉冲；

处理模块，用于根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值，修正后的所述变焦脉冲的变焦值对应的内参数矩阵为K_s：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{sf}}_x& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{sf}}_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，u₀和v₀则表示的是摄像机的光学中心，f_x和f_y分别为每个变焦值对应在u轴和v轴上的归一化焦距。

本发明的效果在于：本发明在采取了上述技术方案以后，利用变焦因子修正内参数矩阵，原来的变焦跟踪效果仍然不变，却能够修正在旋转摄像机时因为内参数不正确带来的漂移。

附图说明

图1为本发明实施例修正摄像机镜头内参数误差的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例修正摄像机镜头内参数误差的方法中，变焦因子s的取值为固定值时的修正前后的变焦曲线对比示意图；

图3本发明实施例修正摄像机镜头内参数误差的方法中，n个连续点对应的变焦因子s的取值范围的示意图；

图4本发明实施例修正摄像机镜头内参数误差的方法中，变焦因子s经插值预算后的修正前后的变焦曲线对比示意图；

图5为本发明实施例修正摄像机镜头内参数误差的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种修正摄像机镜头内参数误差的方法，如图1所示，包括：

步骤101、接收摄像机镜头的变焦脉冲；

步骤102、根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值。

其中变焦脉冲为一个区间，包括多个变焦值，每个变焦值又对应着不同的内参数矩阵。摄像机的内参数矩阵为K：

$K=\left[\begin{array}{ccc}{f}_x& 0& u_0\\ 0& f_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

设OXYZ为世界坐标系，uv为以像素为单位的图像坐标系。如果物点P在世界坐标系下的坐标为(X，Y，Z)，对应的图像点p在图像坐标系的坐标为(u，v)。

在上述式中，f_x、f_y、u₀、v₀只与摄像机内部参数有关，故称矩阵K为内参数矩阵。其中，分别称为u轴和v轴上的归一化焦距。

变焦因子记为s，是一个接近于1的系数，其只作用于内参数矩阵中的f_x和f_y上，其作用在内参数中的焦距上，通过调整该变焦因子，可以修正当前的焦距，使跟踪效果达到最佳。经过所述变焦因子s修正过的内参数矩阵为K_s：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{sf}}_x& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{sf}}_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，u₀和v₀则表示的是摄像机的光学中心，即摄像机光轴与图像平面的交点，通常位于图像中心处，故其值常取分辨率的一半。f_x和f_y分别为每个变焦值对应在u轴和v轴上的归一化焦距。

从上式中可以看出，变焦因子只修正空间点投影到像平面上时的缩放系数。因为这样，变焦因子s具备如下两个特性：

1、不影响纯变焦时的跟踪效果；

2、影响旋转摄像机时的偏移。

因此，对内参数矩阵施加变焦因子后，原来的变焦跟踪效果仍然不变，却正好能够修正在旋转摄像机时因为内参数不正确带来的漂移。

最简单的应用就是用一个单一的变焦因子s统一修正每一个变焦值对应的内参数矩阵K。所述变焦因子为接近于1的系数，所述变焦因子s的取值为0.9-1.1。这一系列内参数矩阵K合起来称为变焦曲线，如下式：

$K\left(z\right)=\left[\begin{array}{ccc}{f}_x\left(z\right)& 0& u_0\left(z\right)\\ 0& f_y\left(z\right)& v_0\left(z\right)\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中z是变焦值。即用一个s修正整条变焦曲线：

$K_s\left(z\right)=\left[\begin{array}{ccc}s{f}_x\left(z\right)& 0& u_0\left(z\right)\\ 0& s{f}_y\left(z\right)& v_0\left(z\right)\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

这种方法可以在一定程度上对变焦曲线进行修正，反应在数值上就是所有变焦值下的f_x(z)和f_y(z)都缩放相同的尺度s。如图2所示，其中，曲线2原始变焦曲线，曲线1为修正过后的变焦曲线。

但是如果测得的变焦曲线并非在所有变焦值下都不准确，或者说每一个变焦值对应的内参数K的误差并不相同，那么采取这种方法并不能达到最好的效果。此时我们考虑对变焦曲线分段修正。

因此，可以在整个变焦脉冲区间上取n个点{z_i|i＝0，1，2，…，n}，如图3所示，各个折线点对应不同的变焦因子s，分别调整这些点上的变焦因子s_i＝s(z_i)，使跟踪效果在这些采样点上达到最佳。

这样就得到一条变焦因子的折线。由于镜头物理参数的连续性，位于采样点z_i和z_i+1之间的变焦值z所对应的变焦因子s(z)也必然在s_i和s_i+1之间，于是通过线性插值的方法就可以得到此处的变焦因子s＝s(z)。将该变焦因子作用于此处的内参数上，就得到如下结果：

$K_s\left(z\right)=\left[\begin{array}{ccc}s\left(z\right)f_x\left(z\right)& 0& u_0\left(z\right)\\ 0& s{\left(z\right)f}_y\left(z\right)& v_0\left(z\right)\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

这样对于不同的变焦值，就可以用不同的变焦因子去修正，得到最好的跟踪效果，如图4所示，曲线2原始变焦曲线，曲线1为修正过后的变焦曲线。

实施例2

本发明实施例提供了一种修正摄像机镜头内参数误差的系统，如图5所示，包括：

接收模块501，用于接收摄像机镜头的变焦脉冲；

处理模块502，用于根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值，修正后的所述变焦脉冲的变焦值对应的内参数矩阵为K_s：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{sf}}_x& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{sf}}_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，u₀和v₀则表示的是摄像机的光学中心，f_x和f_y分别为每个变焦值对应在u轴和v轴上的归一化焦距。

综上所述，本发明实施例利用变焦因子修正内参数矩阵后，原来的变焦跟踪效果仍然不变，却正好能够修正在旋转摄像机时因为内参数不正确带来的漂移。本发明实施例提供的修正摄像机镜头内参数误差的方法及系统广泛应用于摄影摄像设备等。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种修正摄像机镜头内参数误差的方法，包括：

接收摄像机镜头的变焦脉冲；

根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值，修正后的所述变焦脉冲的变焦值对应的内参数矩阵为K_s：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{sf}}_x& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{sf}}_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，u₀和v₀则表示的是摄像机的光学中心，f_x和f_y分别为每个变焦值对应在u轴和v轴上的归一化焦距；

所述变焦因子s的取值为变量，首先在整个变焦脉冲区间选取多个采样点，多个采样点将整个变焦脉冲区间分为若干个子区间；测定每个采样点在跟踪效果最佳时对应的变焦值，然后计算出对应的变焦因子s；而整个变焦脉冲区间的其他点的所述变焦因子s的取值则根据该点所在子区间的两端采样点对应的变焦因子通过线性插值的方法确定。

2.根据权利要求1所述的修正摄像机镜头内参数误差的方法，其特征在于，

所述变焦因子s的取值为固定值，将整个变焦脉冲区间的所有变焦值均用所述变焦因子s修正。

3.根据权利要求2所述的修正摄像机镜头内参数误差的方法，所述变焦因子s的取值为0.9-1.1。

4.一种修正摄像机镜头内参数误差的系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收摄像机镜头的变焦脉冲；

处理模块，用于根据预设的变焦因子s修正所述变焦脉冲的变焦值，修正后的所述变焦脉冲的变焦值对应的内参数矩阵为K_s：

$K_s=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{sf}}_x& 0& u_0\\ 0& {\mathrm{sf}}_y& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，u₀和v₀则表示的是摄像机的光学中心，f_x和f_y分别为每个变焦值对应在u轴和v轴上的归一化焦距；

所述变焦因子s的取值为变量，首先在整个变焦脉冲区间选取多个采样点，多个采样点将整个变焦脉冲区间分为若干个子区间；测定每个采样点在跟踪效果最佳时对应的变焦值，然后计算出对应的变焦因子s；而整个变焦脉冲区间的其他点的所述变焦因子s的取值则根据该点所在子区间的两端采样点对应的变焦因子通过线性插值的方法确定。