一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，首先，建立全景高速球中PTZ摄像机的旋转模型；其次，基于PTZ摄像机拍摄的包含场景所有信息的多张PTZ图像拼接获得全景图像；再次，基于全景图像，分别建立其像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H2，以及其像素点与鱼眼图像中像素点之间的映射关系H1；最后，基于映射关系H1和H2，建立鱼眼图像中像素点与PTZ摄像机运动参数之间的映射关系H，从而实现了全景凝视相机的空间标定。所述方法能够准确控制全景凝视相机中PTZ摄像机的水平偏转角和垂直偏转角，使得选取的鱼眼摄像机拍摄得到的鱼眼图像中的感兴趣监控位置置于PTZ摄像机拍摄的图像的中心，从而实现精确定位监控。
【专利说明】一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及图像标定方法，特指一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，属于图像信息处理领域。
【背景技术】:
[0002]目前，在安防监控领域，大量摄像机被安装在政府大楼、军事基地、银行、学校、商场、监狱、停车场、港口码头以及城市街道等各类场所，此外，在其他应用领域，如视频会议、远程教育、机器人导航以及机器人导航等领域，摄像机的应用也在不断扩大。但是，随着摄像机的大规模普及应用，传统摄像机的不足之处逐渐暴露了出来。由于拍摄范围有限，传统摄像机只能看到摄像头前方很小一部分的场景，因而存在监控盲区和监控死角，影响了实际的监控效果，这种情况下，为了进行更大范围的监控，只能安装多个摄像机，这不仅会带来成本问题，而且对于监控观察也会产生影响。
[0003]近年来，随着视频监控技术的不断发展，利用鱼眼镜头获取180度全景图像的技术越来越成熟。与传统摄像机相比，鱼眼全景摄像机(以下简称鱼眼摄像机)拥有更大范围的观察视野，能够覆盖180°或360°的场景，满足了当前安防监控等领域对大视场的需求。但是，由于其覆盖区域过大，导致拍摄得到的全景图像分辨率受限，使得在观察局部场景时效果不佳。因此，仅仅利用单一的鱼眼摄像机仍然无法完全满足当前的需求。
[0004]为克服鱼眼摄像机无法进行有效局部观察的缺陷，出现了鱼眼摄像机与PTZ摄像机相配合的全景凝视相机。PTZ摄像机(又名高速球摄像机)是现今安防市场中的高端一体化摄像设备，可以水平、垂直改变视角以及进行变焦，具有快速定位和变焦的能力，使得用户可以及时监控到目标的细节信息。但其拍摄范围有限，不能同时兼顾多个不同的场景。全景凝视相机将鱼眼摄像机与PTZ摄像机联合起来，充分发挥了两类摄像机的优势，同时克服了他们各自的缺陷。如图1所示为全景凝视相机实物图，图2所示为其结构示意图，其中,鱼眼摄像机I负责监控整个环境,获得180度全景图像，PTZ摄像机2负责对全景图像中感兴趣区域进行重点的凝视观察。
[0005]全景凝视相机的理想应用是实现精确地联动，即对于全景图像中的指定位置，PTZ摄像机能够进行快速精准的聚焦定位。但是，由于实际安装过程中存在的各种偏差，不同的全景凝视相机中全景摄像机和PTZ摄像机之间的相对位置往往也是不同的，即全景图像中像素点与PTZ摄像机运动参数的空间映射关系是不同的，因此，对于每台全景凝视相机需要进行空间标定，从而能够准确控制PTZ摄像机的水平偏转角和垂直偏转角，使得全景图像中选取的感兴趣监控位置置于PTZ摄像机拍摄的图像的中心。
【发明内容】
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[0006]本发明要解决的问题在于:对于不同的全景凝视相机，全景图像中的像素点与PTZ摄像机的运动参数的空间映射关系是不同的，因此需要对全景凝视相机进行空间标定，从而能够准确控制PTZ摄像机的水平偏转角和垂直偏转角，使得全景图像中选取的感兴趣监控位置置于PTZ摄像机拍摄的图像的中心。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是:一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，包括如下步骤:
[0008]步骤I)建立PTZ摄像机的旋转模型；
[0009]首先，建立PTZ摄像机坐标系0-ΧΥΖ，其中，O为PTZ摄像机的光心，PTZ摄像机的主点为Po，则OPtl为PTZ摄像机的光轴，假设Ptl点的偏航角和俯仰角分别为％和Θ 0,则P。
点的坐标值(Xc^ymZtl)计算如下:
[0010]
【权利要求】
1.一种基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I)建立PTZ摄像机的旋转模型； 首先，建立PTZ摄像机坐标系0-ΧΥΖ，其中，O为PTZ摄像机的光心，PTZ摄像机的主点为Po，则OPtl为PTZ摄像机的光轴，假设Ptl点的偏航角和俯仰角分别为％和Θ 0,则Ptl点的坐标值(Xt), y0, Z0)计算如下:
2.根据权利要求1所述基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，其特征在于，所述步骤4)中建立映射关系H1采用的模板匹配方法为快速模板匹配的归一化相关匹配法，具体步骤如下:(1)将鱼眼图像Ipan。分割成MXN个图像块，第i个图像块记为/〗_，把。作为模板图像； (2)将模板图像/与拼接全景图像I_nt进行匹配计算，得到拼接全景图像中与之最匹配的图像
3.根据权利要求2所述基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，其特征在于，所述步骤(2)的匹配计算中，在拼接全景图像中选择与模板图像/丨_具有相同的中心点坐标值，但其大小为模板图像/ 的2-8倍的匹配区域作为最有可能存在匹配图像的区域进行匹配计算。
4.根据权利要求2或3所述基于图像拼接的全景凝视相机空间标定方法，其特征在于，所述映射关系H1的计算过程中，还包括使用RANSAC算法检测出错误匹配的图像块，并且进行 修正。
【文档编号】G06T7/00GK103971375SQ201410218833
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】刘煜, 张茂军, 左承林, 王炜, 徐玮 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学