TW201703506A - 一種攝影機之自動校正系統及其自動校正方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種應用於一攝影機之自動校正系統及其自動校正方法。該自動校正方法利用位置固定的一校正板計算該攝影機的校正參數，該攝影機具有至少一影像感測單元，且該攝影機設置於一測試裝置上。該自動校正方法包含有：該測試裝置以相異的一第一軸與一第二軸為旋轉軸心，轉動該攝影機，改變該攝影機之至少一影像感測單元面向該校正板的角度；該攝影機於轉動的過程中擷取了涵蓋該校正板的複數個影像；依據該些影像計算出該攝影機之校正參數；以及儲存該校正參數。

Description

一種攝影機之自動校正系統及其自動校正方法

本發明係提供一種攝影機之校正系統及其校正方法，尤指一種可全自動執行校正程序、以加快攝影機之校正速度且能減少校正所需測試空間的自動校正系統及其自動校正方法。

攝影機的傳統校正方式是人工拿取校正板、在攝影機前移動到不同定點供攝影機拍攝，取得不同視角的校正板照片，然後再利用這些不同視角取得的照片以計算出攝影機的校正參數；此方式需要較大的空間，才能讓足夠測試人員手持校正板在空間內行走移動。另一種傳統校正方法是在電腦螢幕上顯示出多張影像，每一張影像分別表示為轉換到不同角度的校正板，藉此取代人工移動校正板的測試方式，然此種方法會受限於螢幕的尺寸與解析度，其校正精確度遠低於使用真實校正板進行測試的校正精確度。

本發明係提供一種可全自動執行校正程序、以加快攝影機之校正速度且能減少校正所需測試空間的自動校正系統及其自動校正方法，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種自動校正方法，其係利用位置固定的一校正板計算一攝影機的校正參數，該攝影機具有至少一影像感測器，且該攝影機設置於一測試裝置上。該自動校正方法包含有：該測試裝置以相異的一第一軸與一第二軸為旋轉軸心，轉動該攝影機，改變該攝影機之該至少一影像感測單元面向該校正板的角度；該攝影機於轉動的過程中擷取了涵蓋該校正板的複數個影像；依據該些影像計算出該攝影機之校正參數；以及儲存該校正參。

本發明之申請專利範圍另揭露一種自動校正系統，用來計算一攝影機的校正參數，該攝影機具有至少一影像感測單元。該自動校正系統包含有一校正板、至少一測試裝置、一計算單元以及一儲存單元。該校正板以不旋轉且不移動方式設置在一定點。該測試裝置以彼此間距不變之方式鄰設於該校正板旁。該測試裝置具有雙軸向調整功能。該測試裝置係用來承載該攝影機，並以相異的一第一軸與一第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機，以改變該攝影機之至少一影像感測單元面向該校正板的角度。其中，該攝影機於轉動的過程中擷取涵蓋該校正板的複數個影像。該計算單元連接該攝影機，用以根據該些影像計算出該攝影機之校正參數。該儲存單元連接該攝影機，用以儲存該校正參數。

本發明將攝影機設置在具雙軸轉動功能的測試裝置上，藉由測試裝置以第一軸及第二軸為旋轉軸心，改變攝影機之影像感測單元面向校正板的角度。本發明的自動校正方法沒有改變校正板的位置，所以可大幅減少進行攝影機之自動校正程序所需的測試空間；且由於攝影機是在測試裝置上作定點旋轉，攝影機不需改變其在測試空間的位置，亦可顯著減少進行自動校正程序所需的測試空間。另外，自動校正系統還能利用具雙軸轉動功能之測試裝置的預設點功能，以程控方式將攝影機轉到各個預定角度(意即預設點位置)，並驅使攝影機在轉到預定角度時自動擷取影像。這樣一來，本發明的自動校正系統及其自動校正方法就能透過中控主機同時操控多個測試裝置進行校正程序，相較先前技術，本發明既能大幅節約放置機台所需的測試空間、又能有效地提高攝影機的校正效率。

請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例之自動校正系統10之示意圖。自動校正系統10包含校正板12、測試裝置14、計算單元16以及儲存單元18。校正板12包含一類似棋盤格的圖案，但不以此為限，該圖案具有已知的尺寸以及座標資訊，且該圖案用以取得計算校正參數時所需的資訊。校正版12以不旋轉且不移動方式定點設置。測試裝置14鄰設於校正板12旁，且測試裝置14和校正板12的間距在測試過程中係保持定值。測試裝置14用來承載且轉動攝影機20，自動校正系統10可根據該棋盤格圖案於攝影機20視野中的不同位置所投影產生的影像來計算出攝影機的校正參數。該校正參數例如可包含該攝影機之鏡頭的焦距(focal length)、鏡心(principal point)以及因鏡頭造成的影像變形程度等，但不以此為限，若該攝影機為多鏡頭的立體攝影機，則該校正參數更包含了多鏡頭之間的相對位置(例如：水平方向上的相對位置、或旋轉上的相對位置)，但不以此為限。

攝影機20後續會利用該些校正參數來校正攝影機所拍攝到的影像，若該攝影機為多鏡頭的立體攝影機， 可進一步根據校正後的影像， 進行深度估測。測試裝置14能夠以第一軸22與第二軸24為旋轉軸心轉動攝影機20，以改變攝影機20之至少一影像感測單元28(標示於第3圖中)面向校正板12的角度。

如第1圖所示，第一方向D1實質垂直於第二方向D2。第一方向D1係為測試裝置14以第一軸22作旋轉軸心轉動攝影機20的軸向，用來調整攝影機20的俯仰傾斜角度；第二方向D2係為測試裝置14以第二軸24作旋轉軸心轉動攝影機20的軸向，用來調整攝影機20的側向旋轉角度。在上述以第一軸22與第二軸24為旋轉軸心的轉動過程中，攝影機20可自動或手動擷取涵蓋校正板12的複數個影像，且該些影像中對於校正板12的視角彼此略有不同。計算單元16與儲存單元18分別可選擇性獨立於攝影機20外、或內建在攝影機20之主結構裡，端視設計需求而定。計算單元16可根據習知的演算法例如微軟研究院(Microsoft Research)所提供之技術報告：A Flexible New Technique for Camera Calibration所揭露的攝影機校正演算法，其主要是使用校正版上已知點的位置資訊(known coordinate)來與投影在攝影機影像上的點進行比對，以計算出攝影機20的校正參數。儲存單元18則將校正參數儲存下來，以利後校正整攝影機20所拍攝到的影像。

請參閱第2圖，第2圖為本發明另一實施例之自動校正系統10’之示意圖。自動校正系統10’之特點在於包含多個測試裝置14與一個中控主機26。中控主機26電連接於所有測試裝置14，且每一個測試裝置14具有一個對應的校正板12。第2圖所示之自動校正系統10’具有三個測試裝置14及三個校正板12，然不以此為限。中控主機26還可包含計算單元16與儲存單元18，但不以此為限，如同前述的實施例，計算單元16與儲存單元18分別可選擇性獨立於攝影機20外(如第1圖所示)、或內建在攝影機20之主結構裡(如第6圖所示)，因此中控主機26可依據預定程序(例如預設的攝影機20之自動校正流程)控制所有測試裝置14的俯仰傾斜角度及側向旋轉角度的變化，以分別計算出多個測試裝置14之各對應攝影機20的校正參數。

請參閱第3圖、第4圖與第7圖，第3圖 為本發明實施例之攝影機20與校正板12之特徵示意圖，第4圖為本發明實施例之攝影機20和校正板12之位置關係圖，第7圖為本發明另一實施例之攝影機20’與校正板12之特徵示意圖。在第7圖中，攝影機20’為可用來拍攝立體影像的雙鏡頭攝影機。攝影機20’於對應於每一個鏡頭處都會設置有一個影像感測單元28。如第3圖所示，攝影機20內會設置至少一影像感測單元28，該影像感測單元28較佳的可以為矩形(或其它任意的形狀)，測試裝置14以第一軸22與第二軸24為旋轉軸心轉動攝影機20之過程即為改變影像感測單元28面向校正板12的角度。除此之外，攝影機20的視野範圍32至少可切分成九個區塊。測試裝置14以第一軸22與第二軸24為旋轉軸心轉動攝影機20，讓校正板12能夠依次地位於視野範圍32的置中區塊32m及兩個邊緣區塊32e時，攝影機20便會擷取涵蓋校正板12的該些影像。如第8(a)圖至第8(i)圖所示，校正板12在該些影像中的位置以及面向影像感測單元28的角度並不相同，因此校正版上的棋盤圖案的成像也會不同，從該些成像裡所獲得的資訊也會不同，計算單元16以該些成像裡所獲得的資訊以及棋盤圖案已知的尺寸以及座標資訊作為計算出攝影機20之校正參數的依據。此外，攝影機20'之校正參數的計算依據與前述相同，故此不再另行加以說明。

特別一提的是，攝影機20的視野範圍32另可選擇性切成其它數量的等分或不等分區塊，不限於第3圖之實施例所示。攝影機20較佳需於校正板12落在視野範圍32的置中區塊32m和任意兩個邊緣區塊32e時擷取該些影像，且前述提及的兩個邊緣區塊32e並不限於第3圖所示實施例的位置，可依使用者實際需求或設計習慣任意選擇所有邊緣區塊中的任兩個。

如第4圖所示，攝影機20從第一拍攝方向N1上仰而轉向為第二拍攝方向N2時，其視野範圍32 (如圖式的錐形區)向上移動，校正板12位置不變故而位於視野範圍32的下方區塊(例如第3圖所示的下方邊緣區塊32e)；攝影機20從第一拍攝方向N1下傾以轉向為第三拍攝方向N3時，其視野範圍32 (如圖式的錐形區)向下移動，校正板12係位於視野範圍32的上方區塊(例如第3圖所示的上方邊緣區塊32e)。所以測試裝置14就是用來改變攝影機20相對於校正板12的面向角度，藉以改變影像感測單元28相對於校正板12的面向角度，在影像感測單元28與校正板12呈現各種角度的非共平面狀態時相應擷取該些影像，以算出所需的校正參數。第4圖所示之攝影機20係以自旋方式調整其所包含之影像感測單元28面向校正板12的俯仰傾斜角度，然俯仰傾斜角度的實際轉動數值並不限於圖式範例，端視設計需求而定。此外，測試裝置14調整攝影機20相對於校正板12的側向旋轉角度的原理亦如同第4圖所示的俯仰傾斜角度的調整範例，故此不再另行加以說明。

請參閱第5圖，第5圖為本發明實施例之自動校正方法之流程圖。第5圖所述自動校正方法可適用於第1圖及第2圖所示之自動校正系統10、10’。首先，執行步驟500以啟動自動校正系統10、10’之自動校正功能。執行步驟502時，測試裝置14以相異的第一軸22與第二軸24為旋轉軸心轉動攝影機20，以改變攝影機20之至少一影像感測單元28面向校正板12的角度。執行步驟504時，測試裝置14會將攝影機20依序轉到多個預定角度，並在不同預定角度分別擷取該視角的影像，例如攝影機20先從初始位置轉動到第一預定角度定點停留以擷取該些影像中的第一張影像，再從第一預定角度轉動到第二預定角度定點停留以擷取該些影像中的第二張影像，再從第二預定角度轉動到第三預定角度定點停留以擷取該些影像中的第三張影像。最後，執行步驟506及步驟508，計算單元16依據該些影像計算出攝影機20的校正參數，儲存單元18將校正參數儲存下來，以利後續調整攝影機20所拍攝到的影像。

在步驟504的執行過程中，前述的三個預定角度可分別為如第4圖所示之第一拍攝方向N1、第二拍攝方向N2及第三拍攝方向N3，然不限於此。在各個預定角度之間的轉動過程中，攝影機20不會擷取影像；攝影機20在各個預定角度擷取影像時，測試裝置14不轉動攝影機20，且攝影機20能視需求依自動控制或人工驅動方式啟動影像擷取功能。

綜上所述，本發明將攝影機20設置在具雙軸轉動功能的測試裝置14上，藉由測試裝置14以第一軸22及第二軸24為旋轉軸心，改變攝影機20之影像感測單元28面向校正板12的角度。本發明的自動校正方法沒有改變校正板12的位置，所以可大幅減少進行攝影機之自動校正程序所需的測試空間；且由於攝影機20是在測試裝置14上作定點旋轉，攝影機20不需改變其在測試空間的位置，亦可顯著減少進行自動校正程序所需的測試空間。另外，自動校正系統10還能利用具雙軸轉動功能之測試裝置14的預設點(presets)功能，以程控方式將攝影機20轉到各個預定角度(意即預設點位置)，並驅使攝影機20在轉到預定角度時自動擷取影像。這樣一來，本發明的自動校正系統10及其自動校正方法就能透過中控主機26同時操控多個測試裝置14進行校正程序，相較先前技術，本發明既能大幅節約放置機台所需的測試空間、又能有效地提高攝影機20的校正效率。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、10’‧‧‧自動校正系統
12‧‧‧校正板
14‧‧‧測試裝置
16‧‧‧計算單元
18‧‧‧儲存單元
20‧‧‧攝影機
22‧‧‧第一軸
24‧‧‧第二軸
26‧‧‧中控主機
28‧‧‧影像感測單元
32‧‧‧視野範圍
32m‧‧‧置中區塊
32e‧‧‧邊緣區塊
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
N1‧‧‧第一拍攝方向
N2‧‧‧第二拍攝方向
N3‧‧‧第三拍攝方向
500、502、504、506、508‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例之自動校正系統之示意圖。 第2圖為本發明另一實施例之自動校正系統之示意圖。 第3圖為本發明實施例之攝影機與校正板之特徵示意圖。 第4圖為本發明實施例之攝影機和校正板之位置關係圖。 第5圖為本發明實施例之自動校正方法之流程圖。 第6圖為本發明另一實施例之自動校正系統之示意圖。 第7圖為本發明另一實施例之攝影機與校正板之特徵示意圖。 第8(a)圖至第8(i)圖為本發明實施例之攝影機在不同角度所分別取得影像之示意圖。

10‧‧‧自動校正系統

12‧‧‧校正板

14‧‧‧測試裝置

16‧‧‧計算單元

18‧‧‧參數設定單元

20‧‧‧攝影機

22‧‧‧第一軸

24‧‧‧第二軸

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

Claims (13)

1. 一種自動校正方法，其係利用位置固定的一校正板計算一攝影機的校正參數，該攝影機具有至少一影像感測單元，且該攝影機設置於一測試裝置上，該自動校正方法包含有：    該測試裝置以相異的一第一軸與一第二軸為旋轉軸心，轉動該攝影機，改變該攝影機之該至少一影像感測單元面向該校正板的角度；    該攝影機於轉動的過程中擷取了涵蓋該校正板的複數個影像；    依據該些影像計算出該攝影機之校正參數；以及    儲存該校正參數。
2. 如請求項1所述之自動校正方法，其中該測試裝置改變該至少一影像感測單元面向該校正板的角度，以在該至少一影像感測單元與該校正板為非共平面狀態時擷取該些影像。
3. 如請求項1所述之自動校正方法，其中該測試裝置以該第一軸與該第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機，據此分別改變該至少一影像感測單元相對於該校正板的俯仰傾斜角度及側向旋轉角度。
4. 如請求項3所述之自動校正方法，其中該測試裝置以該第一軸與該第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機到預設的特定角度，且當該攝影機位於該預設的特定角度時擷取該些影像。
5. 如請求項1所述之自動校正方法，其另包含：    將該攝影機之視野範圍切分為九個區塊；以及    旋轉該攝影機，且在該校正板位於該九個區塊的一置中區塊及二邊緣區塊時分別擷取該些影像。
6. 如請求項1所述之自動校正方法，其中該攝影機為具有複數個影像感測單元之立體攝影機。
7. 一種自動校正系統，用來計算一攝影機的校正參數，該攝影機具有至少一影像感測單元，該自動校正系統包含有：    一校正板，以不旋轉且不移動方式設置在一定點；    至少一測試裝置，以彼此間距不變之方式鄰設於該校正板旁，該測試裝置具有雙軸向調整功能，該測試裝置係用來承載該攝影機，並以相異的一第一軸與一第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機，以改變該攝影機之該至少一影像感測單元面向該校正板的角度；其中，該攝影機於轉動的過程中擷取涵蓋該校正板的複數個影像；    一計算單元，電連接該攝影機，用以根據該些影像計算出該攝影機之校正參數；以及    一儲存單元，連接該攝影機，用以儲存該校正參數。
8. 如請求項7所述之自動校正系統，其中該測試裝置改變該至少一影像感測單元面向該校正板的角度，以在該至少一影像感測單元與該校正板為非共平面狀態時擷取該些影像。
9. 如請求項7所述之自動校正系統，其中該測試裝置以該第一軸與該第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機，據此分別改變該至少一影像感測單元相對於該校正板的俯仰傾斜角度及側向旋轉角度。
10. 如請求項9所述之自動校正系統，其中該測試裝置以該第一軸與該第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機到預設的特定角度，且當該攝影機位於該預設的特定角度時擷取該些影像。
11. 如請求項7所述之自動校正系統，其中該攝影機之視野範圍至少可切分為九個區塊，該測試裝置以該第一軸與該第二軸為旋轉軸心轉動該攝影機，且該攝影機在該校正板位於該九個區塊的一置中區塊及二邊緣區塊時分別擷取該些影像。
12. 如請求項7所述之自動校正系統，其中該自動校正系統另包含多個測試裝置以及一中控主機，該中控主機包含該計算單元以及該參數設定單元，且連接於該多個測試裝置，該中控主機依據一預定程序控制該多個測試裝置的旋轉功能，以分別計算出該多個測試裝置之各對應的攝影機的校正參數。
13. 如請求項7所述之自動校正系統，其中該攝影機為具有複數個影像感測單元之立體攝影機。