CN103425626B - 一种摄像机间坐标转换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像机间坐标转换方法及装置。该摄像机间坐标转换方法包括：在第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换时，获取目标对象在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将该单位笛卡尔坐标向量作为目标对象对应的第一方向向量；将该第一方向向量与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象相对于第一摄像机的第三方向向量；根据该第三方向向量以及目标对象在第二坐标系中的高度，确定目标对象在第二坐标系中的位置点，进而得到目标对象在第二坐标系中相对于该第二摄像机的第二方向向量；确定该第二方向向量对应的第二坐标。可见，在利用不同摄像机拍摄目标对象时，可以有效提高摄像机间联动的准确性。

Description

一种摄像机间坐标转换方法及装置

技术领域

本发明涉及自动监控技术领域，特别是涉及一种摄像机间坐标转换方法及装置。

背景技术

视频监控作为安全防范系统的重要组成成分，其是一种防范能力较强的综合系统，视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富的优势而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术得到长足的发展。

在实际应用中，经常需要采用大视场的全景摄像机的对较大区域进行全局性的势态监控，但是通常全景摄像机无法对细节进行分辨，需要利用小视场的球机或枪机拍摄较为清晰的局部图像，对细节内容进行补充。为了有效实现全景摄像机和一般像机的互补功能，通常采用大视场像机感知物体的存在，并确定方位后，用小视场像机瞄准对应的区域，实现细节分辨。

现有技术中，一般摄像机，尤其是全景摄像机、高速球/云台，由于自身的精度误差以及安装角度误差，在建立描述真实场景的场景坐标系时准确性不高，以至于影响小视场摄像机的瞄准拍摄效果。同时，在其它需要在摄像机之间相互传递目标对象的位置的场合，也都需要准确计算目标对象在本像机中的方位，以实现准确的位置信息传递，进而在不同的摄像机之间实现准确的联动。

可见，在利用不同摄像机拍摄目标对象时，如何实现不同摄像机之间的准确坐标转换，进而提高摄像机间联动的准确性是一个值得关注的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种摄像机间坐标转换方法及装置，以实现在利用不同摄像机拍摄目标对象时，有效提高摄像机间联动的准确性，技术方案如下：

一种摄像机间坐标转换方法，适用于第一摄像机和第二摄像机之间的坐标转换，其中，所述第一摄像机对应第一坐标系，第二摄像机对应第二坐标系；所述方法包括：

在第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换时，获取目标对象在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为目标对象对应的第一方向向量；

将所述第一方向向量与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象相对于第一摄像机的第三方向向量；

根据所述第三方向向量以及目标对象在第二坐标系中的高度，确定目标对象在第二坐标系中的位置点，进而得到目标对象在第二坐标系中相对于所述第二摄像机的第二方向向量；

确定所述第二方向向量对应的第二坐标，完成第一摄像机到第二摄像机的坐标转换；

其中，预设的校正矩阵的构建方式为：

确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的N个参照物，其中，N≥3；

将所获取的各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第一方向向量；

将所获取的各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第二方向向量；

获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量；

根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量；

将计算得到的3×3矩阵作为校正矩阵。

其中，当第一摄像机在第二摄像机的视场范围内时，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量，具体为：

获取第一摄像机在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机到第二摄像机的相对方向向量。

其中，当所述第一摄像机不在第二摄像机的视场范围内时，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量，具体为：

确定第一摄像机与第二摄像机在地面投影的直线距离以及高度差；

根据所述直线距离以及高度差，确定俯仰角；

将所拍摄到的第一摄像机对应投影垂线上的位置点对应的旋转角作为水平转角；

确定所述俯仰角以及水平转角对应的场景方向向量；

将所述场景方向向量对应的单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量。

本发明实施例还提供一种摄像机间坐标转换装置，适用于第一摄像机和第二摄像机之间的坐标转换，其中，所述第一摄像机对应第一坐标系，第二摄像机对应第二坐标系；所述装置包括：

第一方向向量确定模块，用于在第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换时，获取目标对象在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为目标对象对应的第一方向向量；

第三方向向量确定模块，用于将所述第一方向向量与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象相对于第一摄像机的第三方向向量；

第二方向向量确定模块，用于根据所述第三方向向量以及目标对象在第二坐标系中的高度，确定目标对象在第二坐标系中的位置点，进而得到目标对象在第二坐标系中相对于所述第二摄像机的第二方向向量；

第二坐标确定模块，用于确定所述第二方向向量对应的第二坐标，完成第一摄像机到第二摄像机的坐标转换；

校正矩阵构造模块，用于：

确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的N个参照物，其中，N≥3；

将所获取的各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第一方向向量；

将所获取的各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第二方向向量；

获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量；

根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量；

将计算得到的3×3矩阵作为校正矩阵。

其中，当第一摄像机在第二摄像机的视场范围内时，所述校正矩阵构造模块获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量的具体过程为：

获取第一摄像机在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机到第二摄像机的相对方向向量。

其中，当第一摄像机不在第二摄像机的视场范围内时，所述校正矩阵构造模块获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量的具体过程为：

确定第一摄像机与第二摄像机在地面投影的直线距离以及高度差；

根据所述直线距离以及高度差，确定俯仰角；

将所拍摄到的第一摄像机对应投影垂线上的位置点对应的旋转角作为水平转角；

确定所述俯仰角以及水平转角对应的场景方向向量；

将所述场景方向向量对应的单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量。

本发明实施例所提供的技术方案中，预先设置了第一摄像机到第二摄像机坐标转换所需的校正矩阵，通过该校正矩阵可以实现摄像机之间的坐标转换，进而利用不同摄像机拍摄目标对象时，可以有效提高摄像机间联动的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的校正矩阵构造方法的流程图；

图2为本发明实施例的第一种向量关系示意图；

图3为本发明实施例的第二种向量关系示意图；

图4为本发明实施例的第三种向量关系示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种摄像机间坐标转换方法的流程图；

图6为本发明实施例的第四种向量关系示意图；

图7为本发明实施例所提供的一种摄像机间坐标转换装置的结构示意图。

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。

为了实现在利用不同摄像机拍摄目标对象时，有效提高摄像机间联动的准确性，本发明实施例提供了一种摄像机间坐标转换方法及装置。

下面首先对本发明实施例所提供的一种摄像机间坐标转换方法进行介绍。

需要说明的是，本发明实施例所提供的摄像机间坐标转换方法适用于第一摄像机和第二摄像机之间的坐标转换，其中，该第一摄像机对应第一坐标系，该第二摄像机对应第二坐标系。并且，第一摄像机和第二摄像机可以为全景摄像机、高速球/云台等。可以理解的是，第一摄像机和第二摄像机可以对应以自身为原点的极坐标系，或者，对应不以自身为原点的坐标系；并且，第一坐标系和第二坐标系可以为极坐标系，或者，笛卡尔坐标系等，这都是合理的。

同时，需要构建一校正矩阵，以通过该校正矩阵，实现摄像机间的坐标转换。下面以第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换为例，对校正矩阵的构建方法进行介绍。

如图1所示，构建校正矩阵的过程可以为：

S101，确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的N个参照物，其中，N≥3；

在构建校正矩阵的过程中，首先确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的至少三个参照物。可以理解的是，参照物的数量越多，所计算出的校正矩阵将越准确，但是，计算量将会提高。因此，在实际应用中，可以根据实际情况，选择合适数量的参照物。并且，在选择参照物时，参照物的实际位置、高度等信息是不需要测量的，只要保证其同时在第一摄像机和第二摄像机的视场范围内即可。

S102，将所获取的各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第一方向向量；

S103，将所获取的各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第二方向向量；

为了计算简便，在确定各参照物后，可以确定出各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所确定的单位笛卡尔坐标向量作为相应参照物的第一方向向量；同时，确定出各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所确定的单位笛卡尔坐标向量作为相应参照物的第二方向向量。可以理解的是，当一参照物在一极坐标系中到相应摄像机的摄像机方向向量为 该参照物的笛卡尔坐标向量的表现形式可以为 其中， 为参照物处于摄像机的视频中心时摄像机的俯仰角，θ为参照物处于摄像机的视频中心时的摄像机的旋转角。

其中，对于作为一极坐标系原点的全景摄像机而言，通过人工标出或程序自动寻找，得到显示一参照物的所有屏幕像素集合的质心或形状中心，进而可以得到对应着极坐标系中从原点位置发出的一条射线，该射线的方向即为该参照物到原点的参照物方向向量。

对于作为一极坐标系原点的高速球/云台等，通过人工控制或程序自动运行，调转设备，使得一参照物处于视频中心，此时的转角和俯仰角，构成该参照物到原点的摄像机方向向量。

可以理解的是，根据坐标系中原点的不同的定义方式，在确定参照物到摄像机的摄像机方向向量时的方式不同。例如：当以摄像机作为坐标系原点时，参照物到摄像机的方向向量即为该参照物到原点的摄像机方向向量；或者，当不以摄像机作为坐标系原点时，参照物到摄像机的方向向量根据参照物到原点的参照物方向向量和摄像机到原点的摄像机方向向量通过一定数学运算得到。

S104，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量；

在获取第二坐标系中第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量时，可以根据第一摄像机与第二摄像机的位置关系，采取不同的方式：

当第一摄像机在第二摄像机的视场范围内时，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量，具体为：获取第一摄像机在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机到第二摄像机的相对方向向量。

当所述第一摄像机不在第二摄像机的视场范围内时，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量，具体为：

确定第一摄像机与第二摄像机在地面投影的直线距离以及高度差；

根据所述直线距离以及高度差，确定俯仰角；

将所拍摄到的第一摄像机对应投影垂线上的位置点对应的旋转角作为水平转角；

确定所述俯仰角以及水平转角对应的场景方向向量；

将所述场景方向向量对应的单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量。

S105，根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量；在确定各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的第二方向向量，以及第一摄像机在第二坐标系中到第二摄像机的相对方向向量后，理论上，根据共面向量原理可知，各参照物在第二坐标系中存在相对于第一摄像机的第三方向向量，其中，第三方向向量与第二方向向量相交于第二坐标系内相应参照物坐标处。如图2所示，参照物i在摄像机B对应的第二坐标系中到摄像机B的第二方向向量为 摄像机A在第二坐标系中到摄像机B的相对方向向量为那么可以通过共面向量定理确定出参照物在第二坐标系中相对于摄像机A的第三方向向量 其中，共面向量定理为：如果两个向量a、b不共线，则向量p与向量a、b共面的充要条件是存在有序实数对(x.y)，使p=xa+yb。

可以理解的是，由于一参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量为第一方向向量，而在第二坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量为第三方向向量，因此，可以推定存在一个使得各第一方向向量转换为第三方向向量的3×3矩阵。因此，在确定出各参照物相应的第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量后，可以通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵；其中，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量。

下面结合图3和图4，介绍如何根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵：

如图3所示，射线Ai的方向在第一摄像机的第一坐标系内的第一方向向量为

如图4所示，射线Ai与Bi的方向在第二摄像机的第二坐标系内的第三方向向量为 和第二方向向量为 其中是从第一摄像机所在位置 发出的射线，在第二摄像机的第二坐标系内， 和 相交于参照物i所在位置。

由于每一个组向量 和 是两台摄像机拍摄同一参照物而获得的，所以存在一个唯一的3×3矩阵R_AB对 进行转换，得到

因此三维向量 与 是共面的，也就是三个向量组成的行列式的值为零： $\mathrm{\Δ}=\left|\left|\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{Ai}}^{\′}\\ {\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{Bi}}\\ {\stackrel{\→}{d}}_{\mathrm{BA}}\end{array}\right.\right|=\left|\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{Ai}}& y_{\mathrm{Ai}}& z_{\mathrm{Ai}}\\ x_{\mathrm{Bi}}& y_{\mathrm{Bi}}& z_{\mathrm{Bi}}\\ x_{\mathrm{BA}}& y_{\mathrm{BA}}& z_{\mathrm{BA}}\end{array}\right|=0;$ ${{\stackrel{\→}{v}}^{\′T}}_{\mathrm{Ai}}=R_{\mathrm{AB}}{{\stackrel{\→}{v}}^T}_{\mathrm{Ai}}\·$

根据这个理论，可以求得R_AB。

$\mathrm{\Δ}=\left|\left|\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{Ai}}^{\′}\\ {\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{Bi}}\\ {\stackrel{\→}{d}}_{\mathrm{BA}}\end{array}\right.\right|=\left|\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{Ai}}& y_{\mathrm{Ai}}& z_{\mathrm{Ai}}\\ x_{\mathrm{Bi}}& y_{\mathrm{Bi}}& z_{\mathrm{Bi}}\\ x_{\mathrm{BA}}& y_{\mathrm{BA}}& z_{\mathrm{BA}}\end{array}\right|=x_{\mathrm{Ai}}(y_{\mathrm{Bi}}{z}_{\mathrm{BA}}-z_{\mathrm{Bi}}{y}_{\mathrm{BA}})+y_{\mathrm{Ai}}(z_{\mathrm{Bi}}{x}_{\mathrm{BA}}-x_{\mathrm{Bi}}{z}_{\mathrm{BA}})+z_{\mathrm{Ai}}(x_{\mathrm{Bi}}{y}_{\mathrm{BA}}-y_{\mathrm{Bi}}{x}_{\mathrm{BA}})=0$

另外根据 ${{\stackrel{\→}{v}}^{\′T}}_{\mathrm{Ai}}=R_{\mathrm{AB}}{{\stackrel{\→}{v}}^T}_{\mathrm{Ai}}\·,$ 得到：

$\left[\begin{array}{ccc}a1& b1& c1\\ a2& b2& c2\\ a3& b3& c3\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{Ai}}\\ y_{\mathrm{Ai}}\\ z_{\mathrm{Ai}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x^{\′}}_{\mathrm{Ai}}\\ {y^{\′}}_{\mathrm{Ai}}\\ {z^{\′}}_{\mathrm{Ai}}\end{array}\right]$ $\left[\begin{array}{ccc}a1& b1& c1\\ a2& b2& c2\\ a3& b3& c3\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z_P\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x^{\′}}_P\\ {y^{\′}}_P\\ {z^{\′}}_P\end{array}\right]$

令A_i=(y_Biz_BA-z_Biy_BA)；B_i=(z_Bix_BA-x_Biz_BA)；C_i=(x_Biy_BA-y_Bix_BA)

继而得到：

[A_ix_Ai A_iy_Ai A_iz_Ai B_ix_Ai B_iy_Ai B_iz_Ai C_ix_Ai C_iy_Ai C_iz_Ai]×

[a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3 c3]^T=0

假设c3=1

[A_ix_Ai A_iy_Ai A_iz_Ai B_ix_Ai B_iy_Ai B_iz_Ai C_ix_Ai C_iy_Ai]×

[a1 b1 c1 a2 b2 c2 a3 b3]^T＝-C_iz_Ai

即： ${\stackrel{\→}{V}}_i\×{\stackrel{\→}{R}}_l=N_i$

当存在n组校验向量是，便有如下等式：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{V}}_1\\ {\stackrel{\→}{V}}_2\\ \·\·\·\\ {\stackrel{\→}{V}}_n\end{array}\right]\×{\stackrel{\→}{R}}_l=\left[\begin{array}{c}{N}_1\\ N_2\\ \·\·\·\\ N_n\end{array}\right]$ 即 $G\×{\stackrel{\→}{R}}_l=T$

根据最小二乘法：

$G^{T}G\×{\stackrel{\→}{R}}_l=G^{T}T$ ${\stackrel{\‾}{R}}_l={\left(G^{T}G\right)}^{-1}{G}^{T}T$

S106，将计算得到的3×3矩阵作为校正矩阵。

在确定校正矩阵后，则可以实现摄像机间的坐标转换，进而提高摄像机联动的准确性。

下面基于所确定的校正矩阵，以作为第一摄像机的摄像机A向作为第二摄像机的摄像机B进行坐标转换为例，对本发明所提供一种摄像机间坐标转换方法进行介绍。

需要说明的是，摄像机A对应第一坐标系，摄像机B对应第二坐标系。其中，摄像机A和摄像机B可以为全景摄像机、高速球/云台等。可以理解的是，摄像机A和摄像机B可以对应以自身为原点的极坐标系，或者，对应不以自身为原点的极坐标系；并且，第一坐标系和第二坐标系可以为极坐标系，或者，笛卡尔坐标系等，这都是合理的。

如图5、6所示，一种摄像机间坐标转换方法，可以包括：

S201，获取一目标对象C在第一坐标系中到摄像机A的单位笛卡尔坐标向量，并将该单位笛卡尔坐标向量作为目标对象C对应的第一方向向量

当需要将一目标对象C的坐标由摄像机A对应的第一坐标系转换到摄像机B对应的第二坐标系，以实现摄像机A和摄像机B的联动时，需要获取该目标对象C在该第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将该单位笛卡尔坐标向量作为该目标对象C对应的第一方向向量

可以理解的是，确定该目标对象C在第一坐标系中到摄像机A的单位笛卡尔坐标向量的方式与构建校正矩阵时确定参考物在坐标系中到相应摄像机的单位笛卡尔坐标向量的方式相同，在此不再赘述。

S202，将该第一方向向量 与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象C相对于摄像机A的第三方向向量

在确定该目标对象C对应的第一方向向量 后，则可以将该第一方向向量 与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中该目标对象C相对于摄像机A的第三方向向量

S203，根据该第三方向向量 以及目标对象C在第二坐标系中的高度，确定该目标对象C在第二坐标系中的位置点；

由图6所示，该第三方向向量 在摄像机B对应第二坐标系中，从摄像机A所在位置 发射出来的一条射线上。因此，在摄像机B对应的第二坐标系中，该目标对象C在 对应的射线上，并且，可以根据目标对象C的特性、假设或经验判断出该目标对象C在第二坐标系中的距离或高度，从而在 对应的射线上确定出该目标对象C在第二坐标系中的位置点，进而根据所确定的位置点确定出该目标对象C在第二坐标系的坐标。

S204，得到该目标对象C在第二坐标系中相对于该摄像机B的第二方向向量

在确定出该目标对象C在第三方向向量 所在射线上的位置点后，则可以得到该目标对象C在第二坐标系中相对于该摄像机B的第二方向向量

S205，确定该第二方向向量 对应的第二坐标，完成摄像机A到摄像机B的坐标转换。

在确定出该目标对象C在第二坐标系中相对于该摄像机B的第二方向向量 后，则可以根据第二方向向量 与第二坐标系坐标原点的关系，确定出该第二方向向量 对应的第二坐标。

本发明实施例所提供的技术方案中，预先设置了第一摄像机到第二摄像机坐标转换所需的校正矩阵，通过该校正矩阵可以实现摄像机之间的坐标转换，进而利用不同摄像机拍摄目标对象时，可以有效提高摄像机间联动的准确性。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供一种摄像机间坐标转换装置，其适用于第一摄像机和第二摄像机之间的坐标转换，其中，所述第一摄像机对应第一坐标系，第二摄像机对应第二坐标系；如图7所示，所述装置包括：

第一方向向量确定模块110，用于在第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换时，获取目标对象在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为目标对象对应的第一方向向量；

第三方向向量确定模块120，用于将所述第一方向向量与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象相对于第一摄像机的第三方向向量；

第二方向向量确定模块130，用于根据所述第三方向向量以及目标对象在第二坐标系中的高度，确定目标对象在第二坐标系中的位置点，进而得到目标对象在第二坐标系中相对于所述第二摄像机的第二方向向量；

第二坐标确定模块140，用于确定所述第二方向向量对应的第二坐标，完成第一摄像机到第二摄像机的坐标转换；

校正矩阵构造模块150，用于：

确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的N个参照物，其中，N≥3；

将所获取的各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第一方向向量；

将所获取的各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第二方向向量；

获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量；

根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量；

将计算得到的3×3矩阵作为校正矩阵。

本发明实施例所提供的摄像机间坐标转换装置中，预先设置了第一摄像机到第二摄像机坐标转换所需的校正矩阵，通过该校正矩阵可以实现摄像机之间的坐标转换，进而利用不同摄像机拍摄目标对象时，可以有效提高摄像机间联动的准确性。

其中，当第一摄像机在第二摄像机的视场范围内时，所述校正矩阵构造模块获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量的具体过程为：

获取第一摄像机在第二极坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机到第二摄像机的相对方向向量。

其中，当第一摄像机不在第二摄像机的视场范围内时，所述校正矩阵构造模块获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量的具体过程为：

确定第一摄像机与第二摄像机在地面投影的直线距离以及高度差；

根据所述直线距离以及高度差，确定俯仰角；

将所拍摄到的第一摄像机对应投影垂线上的位置点对应的旋转角作为水平转角；

确定所述俯仰角以及水平转角对应的场景方向向量；

将所述场景方向向量对应的单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量。

对于装置或系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种摄像机间坐标转换方法，适用于第一摄像机和第二摄像机之间的坐标转换，其中，所述第一摄像机对应第一坐标系，第二摄像机对应第二坐标系，其特征在于，所述方法包括：

在第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换时，获取目标对象在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为目标对象对应的第一方向向量；

将所述第一方向向量与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象相对于第一摄像机的第三方向向量；

根据所述第三方向向量以及目标对象在第二坐标系中的高度，确定目标对象在第二坐标系中的位置点，进而得到目标对象在第二坐标系中相对于所述第二摄像机的第二方向向量；

确定所述第二方向向量对应的第二坐标，完成第一摄像机到第二摄像机的坐标转换；

其中，预设的校正矩阵的构建方式为：

确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的N个参照物，其中，N≥3；

将所获取的各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第一方向向量；

将所获取的各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第二方向向量；

获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量；

根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量；

将计算得到的3×3矩阵作为校正矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当第一摄像机在第二摄像机的视场范围内时，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量，具体为：

获取第一摄像机在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机到第二摄像机的相对方向向量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一摄像机不在第二摄像机的视场范围内时，获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量，具体为：

确定第一摄像机与第二摄像机在地面投影的直线距离以及高度差；

根据所述直线距离以及高度差，确定俯仰角；

将所拍摄到的第一摄像机对应投影垂线上的位置点对应的旋转角作为水平转角；

确定所述俯仰角以及水平转角对应的场景方向向量；

将所述场景方向向量对应的单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量。

4.一种摄像机间坐标转换装置，适用于第一摄像机和第二摄像机之间的坐标转换，其中，所述第一摄像机对应第一坐标系，第二摄像机对应第二坐标系，其特征在于，所述装置包括：

第一方向向量确定模块，用于在第一摄像机向第二摄像机进行坐标转换时，获取目标对象在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为目标对象对应的第一方向向量；

第三方向向量确定模块，用于将所述第一方向向量与预设的校正矩阵相乘，并将相乘结果作为在第二坐标系中目标对象相对于第一摄像机的第三方向向量；

第二方向向量确定模块，用于根据所述第三方向向量以及目标对象在第二坐标系中的高度，确定目标对象在第二坐标系中的位置点，进而得到目标对象在第二坐标系中相对于所述第二摄像机的第二方向向量；

第二坐标确定模块，用于确定所述第二方向向量对应的第二坐标，完成第一摄像机到第二摄像机的坐标转换；

校正矩阵构造模块，用于：

确定同时位于第一摄像机和第二摄像机视场范围内的N个参照物，其中，N≥3；

将所获取的各参照物在第一坐标系中到第一摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第一方向向量；

将所获取的各参照物在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量作为各参照物对应的第二方向向量；

获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量；

根据所述第一方向向量、第二方向向量、相对方向向量，通过共面向量定理，计算使得各第一方向向量转换为相应第三方向向量的3×3矩阵，所述第三方向向量为在第二坐标系中参照物相对于第一摄像机的方向向量；

将计算得到的3×3矩阵作为校正矩阵。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当第一摄像机在第二摄像机的视场范围内时，所述校正矩阵构造模块获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量的具体过程为：

获取第一摄像机在第二坐标系中到第二摄像机的单位笛卡尔坐标向量，并将所述单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机到第二摄像机的相对方向向量。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当第一摄像机不在第二摄像机的视场范围内时，所述校正矩阵构造模块获取在第二坐标系中所述第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量的具体过程为：

确定第一摄像机与第二摄像机在地面投影的直线距离以及高度差；

根据所述直线距离以及高度差，确定俯仰角；

将所拍摄到的第一摄像机对应投影垂线上的位置点对应的旋转角作为水平转角；

确定所述俯仰角以及水平转角对应的场景方向向量；

将所述场景方向向量对应的单位笛卡尔坐标向量作为第一摄像机相对于第二摄像机的相对方向向量。