专利名称：多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法
技术领域：
本发明是一种多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法。具体来说，是一种为了得到多台活动摄像机或者是固定摄像机的相对位置，而对初始位置和姿势进行计量的方法。
背景技术：
现在存在一些关于通过计量多个摄像机之间的相对位置来得到摄像机的初始位置的方法。例如专利文献I (特开2009-094724号公报)，在各个摄像机上安装能发射和接收电波、超声波、红外线等的装置，在各个摄像机之间传递相互的距离、倾斜度等数据，以此来求得相对位置。然而，如专利文献I所示的技术中，用来通信的电波、超声波、红外线等会由于摄像机的安装位置的影响而被遮断，从而导致不能使用。
再如专利文献2 (特开2008-209354号公报)，利用多个摄像机拍摄的图像的对应点，求出各个摄像机的初始位置和初始方向，再得出摄像机之间的相对位置。但是，利用对应点进行相对位置计量的精度不高，实际应用中会出现问题，特别是当摄像机的拍摄方向相差很大时，由于拍摄到的是视标的不同侧面，很难找到对应点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法，简单而且精度高。为了达到上述的目的，本发明提供一种多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，包括以下步骤在不同位置提供视标的过程；在要求位置安装的多台被测活动摄像机同时对准所提供的同一个视标并进行摄像的过程；各个活动摄像机的光轴对于各个视标进行对准的过程；基于活动摄像机的初始位置和初始光轴角度建立各个活动摄像机的初始坐标系，测量各个活动摄像机的光轴从初始位置旋转的角度的过程；测量各个活动摄像机的位置到各个视标的距离的过程；利用上述活动摄像机的光轴的旋转角度和活动摄像机到视标之间的距离，计算出各个活动摄像机的初始坐标系的相互关系的计算过程；利用上述各个活动摄像机的初始坐标系之间的相互关系，计算出各个视标在某一个活动摄像机的初始坐标中的坐标转换成其他活动摄像机的初始坐标系中的坐标的过程。上述多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其中，上述在不同位置提供视标的过程中，至少在3个以上的不同位置提供视标。上述多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其中，上述坐标转换过程利用以下转换行列式1% = > 呷' 其中，wP是指某一个活动摄像机的初始坐标系中的各个视标的坐标，r0P是指其他活动摄像机的初始坐标系中的各个视标的坐标，loTro是指某一个活动摄像机的初始坐标系中的坐标向其他活动摄像机的初始坐标系转换的转换行列式。上述多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其中，各个活动摄像机带有变焦镜头，上述视标的摄像过程中，先在变焦镜头的广角状态下识别出视标，将光轴对准被识别出的视标，再在变焦镜头的望远状态下再次识别出视标，再次将光轴对准被识别出的视标，最后通过转角传感器测量活动摄像机的旋转转角。上述多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其中，带有变焦镜头的各个活动摄像机在不同的变焦位置上测出光轴的偏差。本发明提供的另一技术方案是，一种多台固定摄像机的初始位置和姿势的计量方法，该方法包括以下步骤在不同位置提供视标的过程；在要求位置安装的多台被测固定摄像机对冋个视标的摄像过程；通过各个固定摄像机拍摄的图像，识别视标在图像上的位置的过程；分别计量各个视标到各个固定摄像机的距离的过程；利用图像上的视标位置及测出的视标到摄像机的距离，在由固定摄像机的位置和视线角度所建立的坐标系中，计量各个视标与各个固定摄像机的视线间角度的过程；利用得到的角度和从视标到固定摄像机的距离，计算出各个固定摄像机的初始坐标系之间的关系的过程；利用各个初始坐标系 之间的关系，把各个视标在某一个固定摄像机的初始坐标系中的坐标，转换成在其他固定摄像机的初始坐标系中的坐标的过程。本发明提供的又一技术方案是，一种多台活动摄像机以及固定摄像机的初始位置和姿势的计量方法，该方法包括以下步骤在不同位置提供视标的过程；在要求位置安装的多台活动摄像机以及固定摄像机对同一个视标的摄像过程；与活动摄像机有关的，各个活动可旋转摄像机对各个视标的对准过程；与各个活动摄像机有关的，由各个活动摄像机的初始位置和初始光轴角度建立初始坐标系，在这个坐标系中，计量对准视标后的各个活动摄像机的光轴的旋转角度的过程；与活动转摄像机有关的，从各个视标到各个活动摄像机的距离的分别计量的过程；与各个固定摄像机有关的，从各个固定摄像机拍摄的图像上识别视标位置的过程；与各个固定摄像机有关的，分别计量各个视标到各个固定摄像机的距离的过程；与各个固定摄像机有关的，利用图像上的视标位置及测出的视标到摄像机的距离，在由固定摄像机的位置和视线角度所建立的坐标系中，计量各个视标与各个固定摄像机的视线间角度的过程；利用得到的角度和从视标到各个活动摄像机以及固定摄像机的距离，计算出各个活动摄像机的初始坐标系以及固定摄像机的初始坐标系之间的关系的过程；利用各个初始坐标系之间的关系，把各个视标在某一个活动摄像机或固定摄像机的初始坐标系中的坐标，转换成在其他活动摄像机或固定摄像机的初始坐标系中的坐标的过程。本发明提出的多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法能够简单而且精度地计量多个摄像机之间相对位置。
本发明的多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法由以下的实施例及附图给出。图I是本发明多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法中两台活动摄像机的初始坐标系的示意图。图2是本发明多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法中将两台活动摄像机的初始坐标系的Z轴当成光轴，并将Z轴对准视标时的坐标系的示意图。
具体实施方式
以下将结合图I 图2对本发明的多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法作进一步的详细描述。本发明的多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法包括以下步骤在要求位置安装多台活动摄像机，让这些摄像机对不同位置的视标进行拍摄，其中，视标可以是把多个任意物体安放在不同位置，也可以是把任意一个物体依次放在不同位置，或者是把已经存在的物体当作视标，另外，要测量活动摄像机的相对位置，要把同一视标设置在各摄像机都能拍摄到的位置上；各个活动摄像机的光轴要分别对准各个视标，这里说的光轴，一般是指镜头的光学中心轴，通常与镜头的回转对称轴重合；基于活动摄像机的初始位置和初始光轴角度建立初始坐标系，在这个坐标系中，计量已经对准视标的各个活动摄像机的光轴角度，其中，所谓初始位置及初始光轴角度是指，在指定位置安装活动摄像机时，每台摄像机的基准位置坐标和摄像机正对的方向，在此基础上确定活动摄像机的初始坐标系(个别坐标系)；·分别计量各个视标到各个活动摄像机的距离，其中，计量时可使用通常的激光式或超声波式的测距仪，或者通过测出活动摄像机的调焦机构的相位差和对比度来求距离，所谓到活动摄像机的距离，具体而言是从视标到各个活动摄像机的光学中心的距离；利用计量出的各光轴角度和视标到各个活动摄像机的距离，计算出各个活动摄像机初始坐标系之间的关系，各个初始坐标系之间的关系在后面会详细说明；利用各个初始坐标系之间的关系，把各个视标在某一个活动摄像机的初始坐标系中的坐标，转换成在其他活动摄像机的初始坐标系中的坐标，这样的话，即使不知道活动摄像机之间的距离，也能求出活动摄像机之间的相互位置(把一个坐标系转换成其他坐标系)。接下来对初始坐标系之间的关系进行更具体的说明在指定的位置安装两台活动摄像机，根据三角测量原理对视标或目标的位置进行计量时，活动摄像机之间的距离(基线)的精度会对视标位置的计量产生较大的影响。如果几台摄像机相距不远，完全能够测量摄像机之间的距离的话，还不会产生太大问题。但当摄像机相距很远，又比如说在建筑物的背面，不能精确的测量距离时，用基于基线的三角测量原理来计量视标位置的方法就行不通了。本发明中采用的方法是，通过活动摄像机的安装位置和安装角度确定初始坐标系之间的关系，进行坐标转换。首先，对各坐标系的转换矩阵进行说明图I所示的是两个活动摄像机的坐标系，图I中，左边是第一摄像机的坐标系，右边是第二摄像机的坐标系，设第一摄像机的初始坐标系为E i。，第二摄像机的初始坐标系为E r。，设视标P在第一摄像机的坐标系E Io中的坐标值为WP，在第二摄像机的坐标系中的坐标值为rflP,这样的话，视标P的位置矢量就能如下表不:公式I10P= [10xp 10yp 10Zp I]Tr0P = [r0xp r0yp r0Zp 1]T其中，上式中的T表示矩阵的转置；另外，坐标系E:。的原点Om在坐标系E :。上表示如下(1X0ro , Voro ^ \);
为让坐标系E M的原点Om与坐标系E i。的原点O1。一致，把E 平移后得到的新坐标系设为E' r。，此时，r。相对于E i。的欧拉角设为(a，@，Y)，WP和’有以下的关系:公式210P = 10Tr0 r0Pz其中，转换矩阵lt5Tro表示如下
权利要求
1.一种多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在于，该方法包括 在不同位置提供视标的过程； 在要求位置安装的多台被测活动摄像机同时对准所提供的同一个视标并进行摄像的过程； 各个活动摄像机的光轴对于各个视标进行对准的过程； 基于活动摄像机的初始位置和初始光轴角度建立各个活动摄像机的初始坐标系，測量各个活动摄像机的光轴从初始位置旋转的角度的过程； 測量各个活动摄像机的位置到各个视标的距离的过程； 利用上述活动摄像机的光轴的旋转角度和活动摄像机到视标之间的距离，计算出各个活动摄像机的初始坐标系的相互关系的计算过程； 利用上述各个活动摄像机的初始坐标系之间的相互关系，把各个视标在某ー个活动摄像机的初始坐标系中的坐标转换成其他活动摄像机的初始坐标系中的坐标的过程。
2.根据权利要求I所述的多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在于，上述在不同位置提供视标的过程中，至少在3个以上的不同位置提供视标。
3.根据权利要求I所述的多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在于，上述坐标转换过程利用以下转换行列式 10T = lop · rop-1 其中，wP是指某一个活动摄像机的初始坐标系中的各个视标的坐标，r0P是指其他活动摄像机的初始坐标系中的各个视标的坐标，loTro是指某一个活动摄像机的初始坐标系中的坐标向其他活动摄像机的初始坐标系转换的转换矩阵。
4.根据权利要求I所述的多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在于，各个活动摄像机带有变焦镜头，上述视标的摄像过程中，先在变焦镜头的广角状态下识别出视标，将光轴对准被识别出的视标，再在变焦镜头的望远状态下再次识别出视标，再次将光轴对准被识别出的视标，最后通过转角传感器測量活动摄像机的旋转转角。
5.根据权利要求I所述的多台活动摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在干，带有变焦镜头的各个活动摄像机在不同的变焦位置上测出光轴的偏差。
6.一种多台固定摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在于，该方法包括 在不同位置提供视标的过程； 在要求位置安装的多台被测固定摄像机对同一个视标的摄像过程； 通过各个固定摄像机拍摄的图像，识别视标在图像上的位置的过程； 分别计量各个视标到各个固定摄像机的距离的过程； 利用图像上的视标位置及测出的视标到摄像机的距离，在由固定摄像机的位置和视线角度所建立的坐标系中，计量各个视标与各个固定摄像机的视线间角度的过程； 利用得到的角度和从视标到固定摄像机的距离，计算出各个固定摄像机的初始坐标系之间的关系的过程； 利用各个初始坐标系之间的关系，把各个视标在某ー个固定摄像机的初始坐标系中的坐标，转换成在其他固定摄像机的初始坐标系中的坐标的过程。
7.一种多台活动摄像机以及固定摄像机的初始位置和姿势的计量方法，其特征在干，该方法包括在不同位置提供视标的过程； 在要求位置安装的多台活动摄像机以及固定摄像机对同一个视标的摄像过程； 与活动摄像机有关的，各个活动可旋转摄像机对各个视标的对准过程；与各个活动摄像机有关的，由各个活动摄像机的初始位置和初始光轴角度建立初始坐标系，在这个坐标系中，计量对准视标后的各个活动摄像机的光轴的旋转角度的过程；与活动转摄像机有关的，从各个视标到各个活动摄像机的距离的分别计量的过程；与各个固定摄像机有关的，从各个固定摄像机拍摄的图像上识别视标位置的过程；与各个固定摄像机有关的，分别计量各个视标到各个固定摄像机的距离的过程；与各个固定摄像机有关的，利用图像上的视标位置及测出的视标到摄像机的距离，在由固定摄像机的位置和视线角度所建立的坐标系中，计量各个视标与各个固定摄像机的视线间角度的过程； 利用得到的角度和从视标到各个活动摄像机以及固定摄像机的距离，计算出各个活动摄像机的初始坐标系以及固定摄像机的初始坐标系之间的关系的过程； 利用各个初始坐标系之间的关系，把各个视标在某一个活动摄像机·或固定摄像机的初始坐标系中的坐标，转换成在其他活动摄像机或固定摄像机的初始坐标系中的坐标的过程。
全文摘要
本发明的多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法是，先在适当位置设置视标，把需要测量初始位置的各个活动摄像机的光轴同时对准此视标，然后测量光轴与初始位置之间的旋转角度和摄像机到视标间的距离，上述工序对不同位置的视标要重复4次以上，利用测量到的光轴旋转角度和摄像机到视标间的距离的数据推导出各个活动摄像机的初始坐标系之间的关系，利用这个关系，可以把空间任意点在某一个摄像机的初始坐标系中的坐标转换成在其他摄像机的初始坐标系中的坐标。
文档编号G01B11/26GK102692183SQ20111007060
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者傅湘国, 张晓林, 谷宇章 申请人:比比威株式会社