CN114095657A - 一种基于新增摄像头的自动校准的方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于新增摄像头的自动校准的方法与系统，包括具体包括以下步骤：S1、基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；S2、在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；S3、发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；S4、获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；S5、在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；S6、向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。本发明通过此方案极大的提升了现场部署效率，与安装、转运、搭建和环境抗干扰性。
Description
技术领域
本发明涉及VR技术领域，具体涉及一种基于新增摄像头的自动校准的方法与系统。
背景技术
目前随着VR技术的日益精进和完善，产业化为大步迈进。VR观影和全景演示已经成为需求中不可缺少的一环了，而目前对全景拍摄的方式一般分为两种：1、购买专门的VR摄像机进行架设拍摄。2、通过架设轨道进行定点，定位，定方向按照严格的角度和特制轨道进行拍摄。由于第二种方案需要进行特制轨道铺设并且需要人工对每一个摄象头进行精确调整，若在安装或者游客游览的时候不小心碰到了摄像头又需要进行重新校准。所以目前的情况下在安装，转运，搭建方面都需要大量的成本、人力和时间的投入且不方便快速布置，相对于环境抗干扰性较弱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于新增摄像头的自动校准的方法与系统，为基于计算机程序调整摄像头角度，焦距的方法。不需要额外的硬件支持，并且可以有效减少轨道特制成本的同时在安装和布置以及调试方面都有着明显且巨大的提升。用以解决现有全景拍摄布置需要大量的成本、人力和时间的投入且不方便快速布置的问题。
一种基于新增摄像头的自动校准的方法，具体包括以下步骤：
S1、获取两个摄像头的相对位置，并基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；
S2、在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；
S3、向所述两个摄像头分别发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；
S4、获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；
S5、在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；
S6、向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。
进一步地，循环步骤S4-步骤S6，直至摄像头的数量达到预设定值。
所述摄像头为多视角可旋转摄像头。
进一步地，步骤S1之前还包括两个摄像头校准的步骤：
摄像头标定：通过标定获得两个摄像头对应的内部参数，与两个摄像头之间的相对位置；
摄像头校正：根据摄所述内参数据和相对位置关系，分别对两个摄像头的视图进行消除畸变和行对准，使得所述视图的成像原点坐标匹配。
进一步地，所述原始空间坐标系为：以两个摄像头的中点为坐标原点，以两个摄像头之间的直线为Z轴，以垂直于Z轴的水平直线为X轴，以垂直于Z轴的竖直直线为Y轴。
进一步地，所述两个摄像头具有红外测距功能的底座，通过红外测距的方式获得两个摄像头之间的距离2a，根据所述摄像头之间的距离2a获得原点至任一摄像头之间距离a。
进一步地，，获取两个摄像头之间的距离与可调的圆形半径r，所述步骤S4中锚点坐标位置的生成过程为：将可调的圆形半径r、原点至任一摄像头之间距离a输入至锚点算法获得相对应锚点的坐标位置。
进一步地，所述两个摄像头分别为摄像头A、摄像头B，锚点算法为：在原始空间坐标系的XZ平面内生成以原点为中心，以半径为r的圆M，以摄像头A为中心，以半径为a的水平圆N1、水平圆M与圆N1的交点
将该交点映射至XY平面内生成以原点为中心，以半径为r的竖直圆N上为锚点坐标
使摄像头A拍摄的校准图像边缘与其锚点坐标重合。
所述映射的原理为：根据该交点
在XZ平面内圆M上的位置，一一映射至XY平面内以原点为中心，以半径为r的竖直圆N的相对位置。
进一步地，所述锚点算法为：在原始空间坐标系的XZ平面内生成以原点为中心，以半径为r的圆M，以摄像头B为中心，以半径为a的水平圆N2、水平圆M与圆N2的交点
将该交点映射至XY平面内生成以原点为中心，以半径为r的竖直圆N上为锚点坐标
使摄像头B拍摄的校准图像边缘与其锚点坐标重合。
所述映射的原理为：根据该交点
在XZ平面内圆M上的位置，一一映射至XY平面内以原点为中心，以半径为r的竖直圆N的相对位置。
进一步地，所述步骤S5原始空间坐标系转换具体过程为：固定y轴，以新增摄像头与原点O的直线为Z轴，将原来X轴坐标旋转至与Z轴垂直，生成第一空间坐标系。
一种基于新增摄像头的自动校准系统，包括：
存储器；
一个或多个处理器；以及
一个或多个模块，存储在存储器中并被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个模块包括：
原始空间坐标系模块，用于获取两个摄像头的相对位置，并基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；
原始锚点模块，用于在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；
双摄像头对焦模块，用于向所述两个摄像头分别发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；
刷新空间坐标系模块，用于获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；
新增锚点模块，用于在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；
新增摄像头对焦模块，用于向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。
锚点坐标算法公式是映射的思想利用，通过圆方程和切线方程在三维坐标中的关系推导而来。
本专利可以根据算法系统性的控制每一个摄像头的焦距，校准。无需将摄像头精准放置于特定轨道，无需过多的人力干预和调试进行准确快速的布置安装，在转运和装载的过程中更加方便快捷。从根本上解决了必须在特定地点或者轨道的拍摄方式，不需要专业的人员或者专业的测量工具，也不需要过多的考究每一个点的位置是否达到标准点，从而极大的提高了全景拍摄的可行性和实用性，让全景拍摄的快速搭建成为可能。
本发明具有的有益效果：
1、通过此方案极大的提升了现场部署效率，与安装、转运、搭建和环境抗干扰性。通过使用程序化的方式调整摄像头焦距，从而达到可以简单快捷的进行部署和校准，对环境抗干扰性也有着明显的提升。；
2、对于自由视角视频拍摄来说，目前最大的问题是在于器材的可移动性、安装便利性、环境抗干扰性都不是很好。如果遇到一些特别场合不能提前进入场景进行布置，或者进入布置后，因为其他原因导致摄像机无法达到最佳角度拍摄的情况下，对观看者和播放供应商都有很大的影响。通过此技术可以有效地在极短时间内达到布置，就算不小心轻微移动了摄像头也能快速重新布置。
附图说明
图1为本发明的多视角摄像头自动校准方法示意图；
图2为本发明的多视角摄像头自动校准装置示意图；
图3为本发明的XY平面圆N示意图；
图4为本发明的新增摄像头示意图；
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例的目的在于提供一种基于新增摄像头的自动校准的方法，包括：
S1、获取两个摄像头的相对位置，并基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；
S2、在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；
S3、向所述两个摄像头分别发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；
S4、获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；
S5、在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；
S6、向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。
具体地，循环步骤S4-步骤S6，直至摄像头的数量达到预设定值。
具体地，步骤S1之前还包括两个摄像头校准的步骤：
摄像头标定：通过标定获得两个摄像头对应的内部参数，与两个摄像头之间的相对位置；
摄像头校正：根据摄所述内参数据和相对位置关系，分别对两个摄像头的视图进行消除畸变和行对准，使得所述视图的成像原点坐标匹配。
具体地，所述原始空间坐标系为：以两个摄像头的中点为坐标原点，以两个摄像头之间的直线为Z轴，以垂直于Z轴的水平直线为X轴，以垂直于Z轴的竖直直线为Y轴。
具体地，所述两个摄像头具有红外测距功能的底座，通过红外测距的方式获得两个摄像头之间的距离2a，根据所述摄像头之间的距离2a获得原点至任一摄像头之间距离a。
具体地，，获取两个摄像头之间的距离与可调的圆形半径r，所述步骤S4中锚点坐标位置的生成过程为：将可调的圆形半径r、原点至任一摄像头之间距离a输入至锚点算法获得相对应锚点的坐标位置。
具体地，所述两个摄像头分别为摄像头A、摄像头B，锚点算法为：在原始空间坐标系的XZ平面内生成以原点为中心，以半径为r的圆M，以摄像头A为中心，以半径为a的水平圆N1、水平圆M与圆N1的交点
将该交点映射至XY平面内生成以原点为中心，以半径为r的竖直圆N上为锚点坐标
使摄像头A拍摄的校准图像边缘与其锚点坐标重合。
所述映射的原理为：根据该交点
在XZ平面内圆M上的位置，一一映射至XY平面内以原点为中心，以半径为r的竖直圆N的相对位置。
具体地，所述锚点算法为：在原始空间坐标系的XZ平面内生成以原点为中心，以半径为r的圆M，以摄像头B为中心，以半径为a的水平圆N2、水平圆M与圆N2的交点
将该交点映射至XY平面内生成以原点为中心，以半径为r的竖直圆N上为锚点坐标
使摄像头B拍摄的校准图像边缘与其锚点坐标重合。
所述映射的原理为：根据该交点
在XZ平面内圆M上的位置，一一映射至XY平面内以原点为中心，以半径为r的竖直圆N的相对位置。
具体地，所述步骤S5原始空间坐标系转换具体过程为：固定y轴，以新增摄像头与原点O的直线为Z轴，将原来X轴坐标旋转至与Z轴垂直，生成第一空间坐标系。
实施例2
本实施例的目的在于提供一种基于新增摄像头的自动校准系统，包括：
存储器；
一个或多个处理器；以及
一个或多个模块，存储在存储器中并被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个模块包括：
原始空间坐标系模块，用于获取两个摄像头的相对位置，并基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；
原始锚点模块，用于在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；
双摄像头对焦模块，用于向所述两个摄像头分别发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；
刷新空间坐标系模块，用于获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；
新增锚点模块，用于在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；
新增摄像头对焦模块，用于向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。
锚点坐标算法公式是映射的思想利用，通过圆方程和切线方程在三维坐标中的关系推导而来。
所述基于新增摄像头的自动校准系统的工作原理：系统连接两个摄像头，对所述两个摄像头进行相机标定以及双目校正：获得的单目内参数据(焦距、成像原点、畸变系数)和双目相对位置关系(旋转矩阵和平移向量)这样一幅图像上任意一点与其在另一幅图像上的对应点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。通过双目相对位置关系生成原始空间坐标系，进而根据锚点算法，生成两个摄像头各自对应的锚点坐标，使得使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦。系统连接新增摄像头，通过对三个摄像头进行标定与校正，获得三个摄像头的相对位置关系，并刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。依次增加新的摄像头并调焦，实现多摄像头的自动校准。
对于全景直播来说，目前最大的问题是在于高端器材的精确测距性、可移动性、安装便利性、环境抗干扰性都不是很好。如果遇到一些特别场合不能提前进入场景进行布置，或者进入布置后，因为其他原因导致摄像机无法达到最佳角度拍摄的情况下，对观看者和播放供应商都有很大的影响。于是通过此技术可以有效地在极短时间内达到布置，就算不小心轻微移动了摄像头也能快速重新布置。此项技术从移动性、安装便利性、环境抗干扰性都有了极大的提升。也便于对全景摄影的快速推广。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、获取两个摄像头的相对位置，并基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；
S2、在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；
S3、向所述两个摄像头分别发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；
S4、获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；
S5、在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；
S6、向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。
2.根据权利要求1所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，循环步骤S4-步骤S6，直至摄像头的数量达到预设定值。
3.根据权利要求1所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，步骤S1之前还包括两个摄像头校准的步骤：
摄像头标定：通过标定获得两个摄像头对应的内部参数，与两个摄像头之间的相对位置；
摄像头校正：根据摄所述内参数据和相对位置关系，分别对两个摄像头的视图进行消除畸变和行对准，使得所述视图的成像原点坐标匹配。
4.根据权利要求1所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，所述原始空间坐标系为：以两个摄像头的中点为坐标原点，以两个摄像头之间的直线为Z轴，以垂直于Z轴的水平直线为X轴，以垂直于Z轴的竖直直线为Y轴。
5.根据权利要求1所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，所述两个两个摄像头具有红外测距功能的底座，通过红外测距的方式获得两个摄像头之间的距离2a，根据所述摄像头之间的距离2a获得原点至任一摄像头之间距离a。
6.根据权利要求5所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，获取两个摄像头之间的距离与可调的圆形半径r，所述步骤S4中锚点坐标位置的生成过程为：将可调的圆形半径r、原点至任一摄像头之间距离a输入至锚点算法获得相对应锚点的坐标位置。
7.根据权利要求6所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，所述两个摄像头分别为摄像头A、摄像头B，锚点算法为：在原始空间坐标系的XZ平面内生成以原点为中心，以半径为r的圆M，以摄像头A为中心，以半径为a的水平圆N1、水平圆M与圆N1的交点
将该交点映射至XY平面内生成以原点为中心，以半径为r的竖直圆N上为锚点坐标
使摄像头A拍摄的校准图像边缘与其锚点坐标重合。
8.根据权利要求7所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，所述锚点算法为：在原始空间坐标系的XZ平面内生成以原点为中心，以半径为r的圆M，以摄像头B为中心，以半径为a的水平圆N2、水平圆M与圆N2的交点
将该交点映射至XY平面内生成以原点为中心，以半径为r的竖直圆N上为锚点坐标
使摄像头B拍摄的校准图像边缘与其锚点坐标重合。
9.根据权利要求1所述的一种基于新增摄像头的自动校准的方法，其特征在于，所述步骤S5原始空间坐标系转换具体过程为：固定y轴，以新增摄像头与原点O的直线为Z轴，将原来X轴坐标旋转至与Z轴垂直，生成第一空间坐标系。
10.一种基于新增摄像头的自动校准系统，其特征在于，包括：
存储器；
一个或多个处理器；以及
一个或多个模块，存储在存储器中并被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个模块包括：
原始空间坐标系模块，用于获取两个摄像头的相对位置，并基于两个摄像头的相对位置生成原始空间坐标系；
原始锚点模块，用于在原始空间坐标系中，基于锚点算法获得所述两个摄像头分别对应的锚点坐标位置；
双摄像头对焦模块，用于向所述两个摄像头分别发送原始对焦指令，使所述两个摄像头分别基于其摄像头的锚点坐标位置对焦；
刷新空间坐标系模块，用于获新增摄像头的位置，并基于新增摄像头的位置刷新原始空间坐标系，生成第一空间坐标系；
新增锚点模块，用于在第一空间坐标系中，基于锚点算法获得新增摄像头对应的锚点坐标位置；
新增摄像头对焦模块，用于向所述新增摄像头发送第一对焦指令，使新增摄像头基于新增摄像头的锚点坐标位置对焦。
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