TW202016879A - 用於多攝相機系統的裝設校準方法及相關裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於一多攝相機系統的裝設校準方法，該裝設校準方法包含有：從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像；在該二張圖像的一重疊區域上進行一圖像運動估測，以取得用來表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像之間的幾何關係；根據該複數個運動向量，進行一主要向量計算，以取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及根據該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。

Description

用於多攝相機系統的裝設校準方法及相關裝置
本發明涉及一種用於多攝相機系統的方法，尤指一種用於多攝相機系統的裝設校準方法及相關裝置。
多攝相機系統相較於單一攝相機，能取得戶外場景或獲得更寬的視野（field of view，FOV）。此外，相較於魚眼相機，結合二個或二個以上具有普通鏡頭的攝相機（即多攝相機系統）能捕獲高解析度的影像。然而，多攝相機系統需要經過裝配校準操作，使攝相機之間能相互協調工作，以獲得覆蓋整個感興趣區域（Region of interest，ROI）的全景圖像。
現有的圖像校正方法包含有透過多個相機在不同的時間/子幀（frame）捕獲圖像，以在每個時間/子幀取得校正參數，接著根據取得的校正參數，逐步的校準圖像。然而，這種傳統的圖像校正方法需要多次的校準，以達到精確相機配置。因此，申請人認為有必要提出一種改善多攝相機系統的校準方法，能夠一次自動校準多台攝相機的裝設。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種用於多攝相機系統的裝設校準方法，以解決上述問題。
本發明揭露一種用於一多攝相機系統的裝設校準方法，該裝設校準方法包含有：從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像；在該二張圖像的一重疊區域上進行一圖像運動估測，以取得用來表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像之間的幾何關係；根據該複數個運動向量，進行一主要向量計算，以取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及根據該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。
本發明另揭露一種用於一多攝相機系統中的電子裝置，用來進行裝設校準，該電子裝置包含有：一圖像接收模組，用來從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像；一對應匹配模組，連接該圖像接收模組，用來取得表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像在一重疊區域的幾何關係；一主要向量計算模組，連接該對應匹配模組，用來使用該複數個運動向量，取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及一校正模組，連接該主要向量計算模組，用來使用該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。
本發明另揭露一種多攝相機系統，用來進行裝設校準，該多攝相機系統包含有：至少二台攝相機，用來在不同視角擷取至少二張圖像；以及一電子裝置，連接該至少二台攝相機，用來進行一裝設校準操作；其中，該電子裝置包含有：一處理單元，用來執行一程式碼；以及一儲存單元，耦接於該處理單元，用來儲存該程式碼，其中該程式碼指示該處理單元執行以下步驟：從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像；在該二張圖像的一重疊區域上進行一圖像運動估測，以取得用來表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像之間的幾何關係；根據該複數個運動向量，進行一主要向量計算，以取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及根據該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。
請參考第1圖，其為本發明實施例一多攝相機系統的示意圖。多攝相機系統包含多個攝相機C1～C3，用來對感興趣的區域，擷取相關的圖像。值得注意的是，第1圖僅用來說明多攝相機系統的架構，其中攝相機的數量及攝相機的鏡頭類型（如魚眼鏡頭、廣角鏡頭或普通鏡頭）並不限於此。攝相機C1～C3可配置在不同的視角，但是需相互協調以捕獲圖像的重疊區域。此外，多攝相機系統中的攝像機C1～C3之間的幾何關係或相對位置應在使用前進行校準，以便在正確的視野中獲取圖像。換句話說，裝設校準操作能夠提高多攝相機配置的精確度。
請參考第2圖，其為本發明實施例一電子裝置的示意圖。電子裝置20用來實現裝設校準操作，其包含有圖像接收模組201、圖像轉換模組202、對應匹配模組 203、主要向量計算模組 204、校準模組205及校正模組206。簡單來說，圖像接收模組201用來接收來自攝相機C1～C3的多個圖像。圖像轉換模組202用來對接收圖像進行像素對齊運算。對應匹配模組203用來取得接收圖像在重疊區域中的對應關係。主要向量計算模組204用來取得接收圖像在重疊區域中的感興趣區域的主要運動向量。校準模組205用來根據主要運動向量，計算出校準參數，用來作為多攝相機系統的配置依據。校正模組206用來根據校準參數，修正全景圖像。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一電子裝置30之示意圖。電子裝置30包含一處理單元300、一儲存單元310以及一通訊介面單元320。處理單元300可為一微處理器或一特殊應用積體電路（application-specific integrated circuit，ASIC）。儲存單元310可為任一資料儲存裝置，用來儲存一程式碼314，並透過處理單元300讀取及執行程式碼314。舉例來說，儲存單元310可為用戶識別模組（subscriber identity module，SIM）、唯讀式記憶體（read-only memory，ROM）、隨機存取記憶體（random-access memory，RAM）、光碟唯讀記憶體（CD-ROMs）、磁帶（magnetic tapes）、軟碟（floppy disks）、光學資料儲存裝置（optical data storage devices）等等，而不限於此。通訊介面單元320可為第2圖所示的圖像接收模組 201，並可透過有線或無線通訊方式，用來與第1圖所示的攝相機C1～C3交換訊號/資料。
請參考第4圖，其為本發明實施例一流程40的示意圖。電子裝置30的裝設校準操作可歸類為流程40，並可編譯為程式碼314（儲存於儲存單元310中），其包含有以下步驟：
步驟410：從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像。
步驟420：對接收到的二張圖像，進行圖像轉換，用來對齊二張圖像（選擇性步驟）。
步驟430：在該二張圖像的一重疊區域上進行一圖像運動估測，以取得用來表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像之間的幾何關係。
步驟440：根據該複數個運動向量，進行一主要向量計算，以取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量。
步驟450：根據該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據，其中校準參數包含去扭曲參數、縮放參數，以及一旋轉及平移參數的至少其中之一。
步驟460：根據校準參數，進行圖像校正，以獲得覆蓋整個感興趣區域的全景圖像。
根據流程40，多攝相機系統中的攝相機C1～C2進行圖像擷取，以獲得具有相互重疊區域的多張圖像（在此實施例中為二張圖像），並傳送擷取到的多張圖像至電子裝置 20，藉以取得用來設置多攝相機系統的校準參數。另外，電子裝置 20可選擇性的在二張圖像的重疊區域，進行圖像對齊或圖像轉換，接著再於重疊區域（如攝相機C1～C2擷取到的二張圖像的重疊區域，預攝相機C2～C擷取到的二張圖像的重疊區域），進行圖像運動估測，以獲得運動向量（如水平或垂直平移參數）。然後，電子裝置20根據獲得的運動向量，進行主要向量計算，藉以獲得重疊區域中感興趣區域的主要運動向量，進而增加二張圖像之間的對應關係的可靠度。最後，電子裝置 20根據透過主要運動向量計算出的校準參數，校正二台攝相機之間的相對位置／角度，進而實現多攝相機系統的配置設定。
請參見第5～7圖，其為本發明實施例一裝設校準操作的示意圖。在一實施例中，電子裝置 20可選擇性的進行圖像對齊或圖像轉換，用來將從攝相機C1～C2接收到的圖像對齊。換句話說，電子裝置20對接收到的圖像，進行鏡頭失真校正操作、去扭曲操作或幾何轉換操作，以重新排列二張圖像的像素位置，使圖像能相互對齊。如第5圖所示，圖像I1～I2經由去扭曲操作，以實現旋轉校正、平移校正、縮放校正，並輸出相互對齊的圖像A1～A2。值得注意的是，電子裝置 20可根據攝相機的鏡頭選擇及多攝相機系統的架構，來決定是否執行圖像對齊或圖像轉換操作。
此外，請參見第6圖，圖像A1～A2的重疊區域O1～O2被裁剪以套用於圖像運動估測。圖像運動估測可為內容對應匹配操作、光流操作、基於圖像區塊的匹配操作或基於圖像特徵的匹配操作。在一實施例中，圖像運動估測採用光流操作。值得注意的是，光流操作不適用於圖像A1～A2的特定特徵點，而是適用於圖像A1～A2的重疊區域O1～O2的所有像素，以獲得重疊區域O1～O2中的每個像素的光流向量，並藉由此資訊（即光流向量）來計算校準參數。
在獲得光流向量之後，如第7圖所示，電子裝置20在重疊區域O1～O2中的感興趣區域，進行主要向量計算，以從獲得的光流向量中提取最主要的光流向量。主要光流向量具有高可靠性，因此可用於計算校準參數，用來作為裝設校準的依據。舉例來說，校準參數可為去扭曲參數、縮放參數，以及旋轉及平移參數的至少其中之一，但不限於此。例如，如第7圖所示，電子設備20獲得指示旋轉3°和偏移20個像素的校準參數，用來得知攝相機之間的組裝差異。因此，多個攝相機之間的自動裝設校準可透過圖像內容分析來實現，而無需人為干預。
上述所有步驟，包含所建議的步驟，可透過硬體、韌體（即硬體裝置與電腦指令的組合，硬體裝置中的資料為唯讀軟體資料）或電子系統等方式實現。舉例來說，硬體可包含類比、數位及混合電路（即微電路、微晶片或矽晶片）。電子系統可包含系統單晶片（system on chip，SOC）、系統封裝（system in package，Sip）、電腦模組（computer on module，COM）及電子裝置20。
綜上所述，本發明提供一種裝設校準操作，能夠自動校正多攝相機系統的設置，而不需人為干預。具體地，利用本發明的自動校準方法，用於多攝像機設置的校準參數是根據主要運動向量獲得，因而能避免組裝錯誤。 此外，無論多攝相機系統中有多少攝相機或是不同類型的相機，本發明的方法皆可應用於任何多攝相機組合。 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。
20、30:電子裝置 201:圖像接收模組 202:圖像轉換模組 203:對應匹配模組 204:主要向量計算模組 205:校準模組 206:校正模組 300:處理單元 310:儲存單元 320:通訊介面單元 314:程式碼 40:流程 410～460:步驟 C1～C3:攝相機 A1～A2、I1～I2:圖像 S1:拼接圖像 O1～O2:重疊區域
第1圖為本發明實施例一多攝相機系統的示意圖。 第2～3圖為本發明實施例一電子裝置的示意圖。 第4圖為本發明實施例一流程的示意圖。 第5～7圖為本發明實施例一裝設校準操作的示意圖。
40:流程
410~460:步驟

Claims (13)

  1. 一種用於一多攝相機系統的裝設校準方法，該裝設校準方法包含有： 從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像； 在該二張圖像的一重疊區域上進行一圖像運動估測，以取得用來表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像之間的幾何關係； 根據該複數個運動向量，進行一主要向量計算，以取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及 根據該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。
  2. 如請求項1所述的該裝設校準方法，其中該校準參數包含一去扭曲參數、一縮放參數，以及一旋轉及平移參數的至少其中之一。
  3. 如請求項1所述的該裝設校準方法，更包含有： 對該二張圖像進行一鏡頭失真校正操作、一去扭曲操作或一幾何轉換操作。
  4. 如請求項1所述的該裝設校準方法，其中該複數個運動向量包含水平和垂直平移參數。
  5. 如請求項1所述的該裝設校準方法，其中該圖像運動估測包含一內容對應匹配操作、一光流操作、一基於圖像區塊的匹配操作及一基於圖像特徵的匹配操作的至少其中之一。
  6. 一種用於一多攝相機系統中的電子裝置，用來進行裝設校準，該電子裝置包含有： 一圖像接收模組，用來從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像； 一對應匹配模組，連接該圖像接收模組，用來取得表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像在一重疊區域的幾何關係； 一主要向量計算模組，連接該對應匹配模組，用來使用該複數個運動向量，取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及 一校準模組，連接該主要向量計算模組，用來使用該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。
  7. 如請求項6所述的該電子裝置，其中該校準參數包含一去扭曲參數、一縮放參數，以及一旋轉及平移參數的至少其中之一。
  8. 如請求項6所述的該電子裝置，更包含有： 一圖像轉換模組，用來對該二張圖像進行一鏡頭失真校正操作、一去扭曲操作或一幾何轉換操作。
  9. 如請求項6所述的該電子裝置，其中該複數個運動向量包含水平和垂直平移參數。
  10. 如請求項6所述的該電子裝置，其中該對應匹配模組更用來在該二張圖像的該重疊區域，進行一圖像運動估測。
  11. 如請求項10所述的該電子裝置，其中該圖像運動估測包含一內容對應匹配操作、一光流操作、一基於圖像區塊的匹配操作及一基於圖像特徵的匹配操作的至少其中之一。
  12. 一種多攝相機系統，用來進行裝設校準，該多攝相機系統包含有： 至少二台攝相機，用來在不同視角擷取至少二張圖像；以及 一電子裝置，連接該至少二台攝相機，用來進行一裝設校準操作； 其中，該電子裝置包含有： 一處理單元，用來執行一程式碼；以及 一儲存單元，耦接於該處理單元，用來儲存該程式碼，其中該程式碼指示該處理單元執行以下步驟： 從至少二台攝相機接收在不同視角擷取的至少二張圖像； 在該二張圖像的一重疊區域上進行一圖像運動估測，以取得用來表示該二張圖像之間的對應關係的複數個運動向量，其中該複數個運動向量用來指示該二張圖像之間的幾何關係； 根據該複數個運動向量，進行一主要向量計算，以取得在該重疊區域中感興趣區域的一主要運動向量；以及 根據該主要運動向量，計算一校準參數，用來作為裝設該至少二台攝相機的依據。
  13. 如請求項12所述的多攝相機系統，其中該程式碼更指示該處理單元執行以下步驟： 對該二張圖像進行一鏡頭失真校正操作、一去扭曲操作或一幾何轉換操作。
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