CN106060524B - 一种摄像机的设置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种摄像机的设置方法及装置，方法包括：获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机的平移变换矩阵；根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。利用本发明实施例，自动地对摄像机进行设置，无需人为地对摄像机进行设置，减少了设置时间，提高了设置摄像机的效率。

Description

一种摄像机的设置方法及装置

技术领域

本发明涉及图像技术领域，特别涉及一种摄像机的设置方法及装置。

背景技术

摄像机阵列是大量摄像机组成的阵列。对计算机三维模型进行多角度拍摄，以获取该三维模型从多角度观察所获得的有效信息，并获取所有摄像机的渲染图像，需要对摄像机阵列进行设置来实现。

目前，设置摄像机阵列中的摄像机，方法主要是通过人工方式设置。而在应用于超密集视点显示等领域时，整个摄像机阵列往往需要设置上千或上万个摄像机，现有人工设置的方法非常繁杂，耗费大量时间，导致设置效率低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种摄像机的设置方法及装置，以提高设置摄像机的效率。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种摄像机的设置方法，方法包括：

获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；

根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机的平移变换矩阵；

根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；

根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；

根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

较佳的，所述摄像机阵列为以下摄像机阵列中的任意一种：

矩形摄像机阵列、方形摄像机阵列、环形摄像机阵列。

较佳的，所述根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵，所采用的公式为：

new_matrix＝matrix_world·Translation_matrix

其中，new_matrix为待设置摄像机的第二世界矩阵，matrix_world为中心摄像机的第一世界矩阵，Translation_matrix为待设置摄像机相对于中心摄像机的平移变换矩阵。

较佳的，所述根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度，所采用的公式为：

Shift_x＝camCol·d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝camRow·d/(2h·tan(fov/2))

其中，Shift_x为待设置摄像机在行方向上的离轴偏移程度，Shift_y为待设置摄像机在列方向上的离轴偏移程度，camCol为待设置摄像机在摄像机阵列中的列数，camRow为待设置摄像机在摄像机阵列中的行数，d为相邻两个摄像机之间的距离，h为摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离，fov为中心摄像机的视场角。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种摄像机的设置装置，装置包括：

获得模块，用于获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；

确定模块，用于根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机的平移变换矩阵；

第一计算模块，用于根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；

第二计算模块，用于根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；

设置模块，用于根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

较佳的，所述摄像机阵列为以下摄像机阵列中的任意一种：

矩形摄像机阵列、方形摄像机阵列、环形摄像机阵列。

较佳的，所述第一计算模块计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵，所采用的公式为：

new_matrix＝matrix_world·Translation_matrix

其中，new_matrix为待设置摄像机的第二世界矩阵，matrix_world为中心摄像机的第一世界矩阵，Translation_matrix为待设置摄像机相对于中心摄像机的平移变换矩阵。

较佳的，所述第二计算模块计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度，所采用的公式为：

Shift_x＝camCol·d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝camRow·d/(2h·tan(fov/2))

其中，Shift_x为待设置摄像机在行方向上的离轴偏移程度，Shift_y为待设置摄像机在列方向上的离轴偏移程度，camCol为待设置摄像机在摄像机阵列中的列数，camRow为待设置摄像机在摄像机阵列中的行数，d为相邻两个摄像机之间的距离，h为摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离，fov为中心摄像机的视场角。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的一种摄像机的设置方法及装置，获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机的平移变换矩阵；根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

可见，利用本发明实施例，自动地对摄像机进行设置，无需人为地对摄像机进行设置，减少了设置时间，提高了设置摄像机的效率；并且进一步地，可以一次性设置由大量摄像机组成的摄像机阵列，可设置的摄像机数量巨大，并且一次性设置摄像机的参数，节省了大量时间，大大提高了设置摄像机的效率。

当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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为本发明实施例提供的一种摄像机的设置方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种摄像机的设置装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的与中心摄像机相邻的右侧摄像机的离轴偏移程度计算示意图；

图4为本发明实施例提供的三维立体模型在立体显示中出屏和入屏效果的示意图。

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作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。

下面首先对本发明实施例提供的一种摄像机的设置方法进行详细说明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种摄像机的设置方法的流程示意图，可以包括如下步骤：

S101，获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；

其中，摄像机阵列可以为设置在例如Blender等三维制作软件场景内的虚拟摄像机阵列，例如：矩形摄像机阵列、方形摄像机阵列和环形摄像机阵列等等。整个摄像机阵列中，中心摄像机没有进行离轴拍摄，其余所有摄像机都进行了离轴拍摄。中心摄像机的第一世界矩阵可以为：

其中，matrix_world为中心摄像机的第一世界矩阵，该世界矩阵中的a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂和c₃为一个整体，表示该中心摄像机的旋转和朝向等信息，该世界矩阵中的a₄、b₄、c₄、d₄、d₃、d₂和d₁为一个整体，表示平移信息。第一世界矩阵，可以为Blender等软件场景内中心摄像机在世界坐标系中相对于原点的旋转平移变换矩阵。在实际应用中，可以根据需要例如实际立体显示效果的需求、立体显示的观看方式等，在例如Blender等软件中预先设置好中心摄像机，即可得到中心摄像机的第一世界矩阵信息。其中，世界矩阵可以为三维旋转矩阵，三维旋转矩阵属于现有技术，在此不再赘述。

S102，根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机的平移变换矩阵；

其中，待设置摄像机的平移变换矩阵可以为：

其中，Translation_matrix为待设置摄像机相对于中心摄像机的平移变换矩阵，一个待设置摄像机对应一个平移变换矩阵，参数Δx、Δy为变量。在实际应用中，可以根据待设置的摄像机阵列中相邻两个摄像机之间的距离d和某个待设置摄像机相对于中心摄像机所做的平移变换形成的算法关系，计算该待设置摄像机的平移变换矩阵中的参数Δx、Δy，从而得到该待设置摄像机的平移变换矩阵。

示例性的，以和中心摄像机处于同一行并且与其相邻的右侧摄像机为例，摄像机阵列中相邻两个摄像机之间的距离d可以为0.17cm，该摄像机相对于中心摄像机向右平移量为0.17cm，向上平移量为0，该摄像机的平移变换矩阵可以为：

同理，可以求得其余待设置摄像机的平移变换矩阵。

S103，根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；

其中，计算待设置摄像机的第二世界矩阵，所采用的公式可以为：

new_matrix＝matrix_world·Translation_matrix

其中，new_matrix为待设置摄像机的第二世界矩阵。

根据该公式，得到待设置摄像机的第二世界矩阵为：

其中，待设置摄像机的第二世界矩阵new_matrix可以包含该待设置摄像机在摄像机阵列中的位置和朝向信息。平移变换矩阵的意义在于，可以建立中心摄像机和待设置摄像机之间的位置变换关系。由预先设置的相邻两个待设置摄像机之间的距离参数d，可以事先得知待设置摄像机与中心摄像机之间的大致位置关系，但需要转化成平移变换矩阵的形式以供计算机去计算并表达。

S104，根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；

其中，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度，所采用的公式为：

Shift_x＝camCol·d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝camRow·d/(2h·tan(fov/2))

其中，Shift_x为待设置摄像机在行方向上的离轴偏移程度，Shift_y为待设置摄像机在列方向上的离轴偏移程度，camRow为待设置摄像机在摄像机阵列中的行数，camCol为待设置摄像机在摄像机阵列中的列数，d为待设置的摄像机阵列中相邻两个摄像机之间的距离，h为摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离，fov为中心摄像机的视场角。

参见图3，图3为与中心摄像机相邻的右侧摄像机的离轴偏移程度计算示意图。设置摄像机阵列中相邻两个摄像机之间的距离为d,摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离为h，中心摄像机的视场角为fov，该摄像机在零视差面的视场长度为m。该摄像机的离轴偏移程度参数为Shift，其可由上述参数求得：Shift＝d/m，其中m＝2h*tan(fov/2)。

示例性的，以和中心摄像机处于同一行并且与其相邻的右侧摄像机为例，待设置摄像机在摄像机阵列中的列数camCol为1，待设置摄像机在摄像机阵列中的行数camRow为0，该摄像机在行方向和列方向上的离轴偏移程度可以为：

Shift_x＝d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝0

其中，在实际应用中，根据实际需要，摄像机阵列的相关参数d、h、fov可以为自行设置好的具体数值。

S105，根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

其中，可以根据待设置摄像机的第二世界矩阵，设置每一个待设置摄像机在例如Blender等软件场景中的位置，同时根据设置好的参数d、h、fov等，设置每一个待设置摄像机的自身参数，例如离轴偏移程度等等。

为了从不同观看角度下获得正确的视差图像，可以设置摄像机阵列相对水平拍摄时的俯仰角与真实场景中观看者的俯仰角相同。因此，可以事先计算出真实场景中观看者离轴观看的俯仰角，然后可以在Blender软件中调节摄像机阵列的俯仰角与真实场景中观看者离轴观看的俯仰角一致。

对于矩形摄像机阵列而言，增加摄像机数目，摄像机阵列的行数不变；对于方形摄像机阵列而言，增加摄像机数目，摄像机阵列的行数增加，列数也增加；对于环形摄像机阵列而言，增加摄像机数目，摄像机阵列中的摄像机增加一组；如果摄像机阵列中的摄像机为单目摄像机，增加摄像机数目，摄像机阵列中的摄像机增加一个；如果摄像机阵列中的摄像机为双目摄像机，增加摄像机数目，摄像机阵列中增加一对双目摄像机。

参见图4，图4为三维立体模型在立体显示中出屏和入屏效果的示意图。设置摄像机阵列中相邻两个摄像机的间距为d，摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离为h。根据中心摄像机的第一世界矩阵，将其沿摄像机光轴方向平移长度h后可得零视差面的世界矩阵信息，即可将零视差面准确地显示在Blender软件的场景中。若调节零视差面到摄像机阵列所在平面的距离h，使所用的三维立体模型在Blender软件的场景中位于零视差面之前，则可在真实场景的立体显示中产生出屏效果，反之产生入屏效果。由此，通过调节摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离参数h，实现对三维立体模型在立体显示中出屏和入屏效果直观准确的调节。

可见，利用本发明实施例，自动地对摄像机进行设置，无需人为地对摄像机进行设置，减少了设置时间，提高了设置摄像机的效率；并且进一步地，可以一次性设置由大量摄像机组成的摄像机阵列，可设置的摄像机数量巨大，并且一次性设置摄像机的参数，节省了大量时间，大大提高了设置摄像机的效率。

与上述的方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种摄像机的设置装置。

参见图2，图2为本发明实施例提供的一种摄像机的设置装置的结构示意图，与图1所示的流程相对应，该设置装置可以包括：获得模块201、确定模块202、第一计算模块203、第二计算模块204、设置模块205。

其中，获得模块201，用于获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；

具体的，摄像机阵列可以为以下摄像机阵列中的任意一种：

矩形摄像机阵列、方形摄像机阵列、环形摄像机阵列。

确定模块202，用于根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机的平移变换矩阵；

第一计算模块203，用于根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；

具体的，第一计算模块203计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵，所采用的公式为：

new_matrix＝matrix_world·Translation_matrix

其中，new_matrix为待设置摄像机的第二世界矩阵，matrix_world为中心摄像机的第一世界矩阵，Translation_matrix为待设置摄像机相对于中心摄像机的平移变换矩阵。

第二计算模块204，用于根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；

具体的，第二计算模块204计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度，所采用的公式为：

Shift_x＝camCol·d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝camRow·d/(2h·tan(fov/2))

其中，Shift_x为待设置摄像机在行方向上的离轴偏移程度，Shift_y为待设置摄像机在列方向上的离轴偏移程度，camCol为待设置摄像机在摄像机阵列中的列数，camRow为待设置摄像机在摄像机阵列中的行数，d为相邻两个摄像机之间的距离，h为摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离，fov为中心摄像机的视场角。

设置模块205，用于根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

可见，利用本发明实施例，自动地对摄像机进行设置，无需人为地对摄像机进行设置，减少了设置时间，提高了设置摄像机的效率；并且进一步地，可以一次性设置由大量摄像机组成的摄像机阵列，可设置的摄像机数量巨大，并且一次性设置摄像机的参数，节省了大量时间，大大提高了设置摄像机的效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种摄像机的设置方法，其特征在于，包括：

获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；

根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机相对于所述中心摄像机的平移变换矩阵；

根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；

根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；

根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄像机阵列为以下摄像机阵列中的任意一种：

矩形摄像机阵列、方形摄像机阵列、环形摄像机阵列。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵，所采用的公式为：

new_matrix＝matrix_world·Translation_matrix

其中，new_matrix为待设置摄像机的第二世界矩阵，matrix_world为中心摄像机的第一世界矩阵，Translation_matrix为待设置摄像机相对于中心摄像机的平移变换矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度，所采用的公式为：

Shift_x＝camCol·d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝camRow·d/(2h·tan(fov/2))

其中，Shift_x为待设置摄像机在行方向上的离轴偏移程度，Shift_y为待设置摄像机在列方向上的离轴偏移程度，camCol为待设置摄像机在摄像机阵列中的列数，camRow为待设置摄像机在摄像机阵列中的行数，d为相邻两个摄像机之间的距离，h为摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离，fov为中心摄像机的视场角。

5.一种摄像机的设置装置，其特征在于，所述装置包括：

获得模块，用于获得摄像机阵列的中心摄像机的第一世界矩阵；

确定模块，用于根据相邻两个摄像机之间的距离，确定待设置摄像机相对于所述中心摄像机的平移变换矩阵；

第一计算模块，用于根据所述第一世界矩阵和所述平移变换矩阵，计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵；

第二计算模块，用于根据相邻两个摄像机之间的距离、所述中心摄像机的视场角以及所述摄像机阵列的零视差面到所述摄像机阵列所在平面的距离，计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度；

设置模块，用于根据所述第二世界矩阵和所述离轴偏移程度，设置所述待设置摄像机。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述摄像机阵列为以下摄像机阵列中的任意一种：

矩形摄像机阵列、方形摄像机阵列、环形摄像机阵列。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块计算所述待设置摄像机的第二世界矩阵，所采用的公式为：

new_matrix＝matrix_world·Translation_matrix

其中，new_matrix为待设置摄像机的第二世界矩阵，matrix_world为中心摄像机的第一世界矩阵，Translation_matrix为待设置摄像机相对于中心摄像机的平移变换矩阵。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块计算所述待设置摄像机的离轴偏移程度，所采用的公式为：

Shift_x＝camCol·d/(2h·tan(fov/2))

Shift_y＝camRow·d/(2h·tan(fov/2))

其中，Shift_x为待设置摄像机在行方向上的离轴偏移程度，Shift_y为待设置摄像机在列方向上的离轴偏移程度，camCol为待设置摄像机在摄像机阵列中的列数，camRow为待设置摄像机在摄像机阵列中的行数，d为相邻两个摄像机之间的距离，h为摄像机阵列的零视差面到摄像机阵列所在平面的距离，fov为中心摄像机的视场角。