[发明专利]一种自动化变焦镜头标定装置及标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镜头标定装置及标定方法，特别涉及一种自动化变焦镜头标定装置及标定方法。 

背景技术

摄像机标定技术是通过标定板将世界坐标与图像坐标联系起来，并根据对应关系计算出摄像机的内外参数。特别是通过标定技术，得到对焦、焦距、镜头畸变之间的函数关系是虚拟特效拍摄技术的基础。 

在应用中，常常使用棋盘格或者圆点的标定板来完成摄像机的标定过程。标定板的使用常常是：通过拍摄不同姿态下的多幅棋盘格或者圆点标定板图像，并根据图像坐标系与世界坐标系中对应点的坐标，求得摄像机内外参数但是在对同一个镜头的不同焦距的标定过程中传统的标定板存在以下的缺陷： 

1)拍摄不同位置的标定板图像时，需要不停调节标定板的位置使成像清晰； 

2)标定板在拍摄角度过大时，标定板外围边缘的图案在图像中成像较小、模糊，影响对应点的准确性； 

3)对于标定长焦镜头，无法拍摄完整的标定板图像也是传统标定方法中遇到的难题。 

因此，本发明设计了一种具有特殊编码图案的标定板，能够通过使标定板自动变化姿态的机械设备，使标定过程自动化，并通过标定板的设计解决上述标定过程中遇到的问题。 

发明内容

发明目的：为摄像机的标定设计一种具有特殊编码图案的标定板以及识别方法，为摄像机镜头的自动化标定提供解决方案。本发明通过在标定板上设计一定数量的特殊编码图案，通过对其识别和定位，得到图像中的点在标定板坐标系中的坐标。同时，使用本发明的标定板，可以在大角度、远距离和长焦的情况下，在图像中都得到足够的成像清晰的标定板图案，因此，可通过机械自动变换标定板姿态，避免了人工频繁调节标定板的工作，实现了摄像机的自动标定。 

1.技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种摄像机标定板的设计与检测方法，包括以下步骤： 

S1：标定板整体布局及设计； 

S2：测量并保存标定板信息； 

S3：摄像机标定。 

进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤： 

S11：根据实际需要确定标定板的长度和面积，保证了在大角度拍摄时，标定板外围边缘具有足够的编码图案能够被清晰成像； 

S12：设计不重复的、大小不一的编码图案，保证了在标定长焦镜头时，总是有合适大小的编码图案能够在针对摄像机镜头的各种变焦环位置进行标定而被识别； 

S13：将所述编码图案布局到标定板中。 

进一步地，所述步骤S1中，通过机械自动变换标定板姿态，避免了人工频繁调节标定板的工作，实现了摄像机的自动标定。 

进一步地，所述步骤S12中的编码图案为正方形的编码图案或圆形编码图案。其中，正方形的编码图案，整体标定板采用矩形，长度较大，编码图案使用多种大小，最靠近中间的图案最小，两边的图案最大；采用圆形编码图案，整体标定板同样采用长度较大的矩形，编码图案使用两种大小的圆形编码图案，相间地分布在标定板中。 

进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤： 

S21：将标定板图案的编码存储到数据库中，建立编码与图案的对应关系； 

S22：通过精密测量设备，测量各个标定图案的尺寸、在标定板中的坐标、图案特征点以及采样点的坐标。 

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤： 

S31：特征点识别； 

S32:摄像机标定； 

S33：建立焦环值与摄像机内参矩阵中各元素之间的函数关系。 

进一步地，所述步骤S31具体包括以下步骤： 

S311：连通域处理，在图像中得到含有数据块的区域； 

S312：角点提取； 

S313：筛选角点，得到构成数据块图案四边形的四个角点； 

S314：计算模板数据块到图像中数据块的投影矩阵H； 

S315：解码数据块，得到图像中的数据块对于标定板中该数据块的位置信息。 

进一步地，所述步骤S32具体包括以下步骤： 

S321：获取标定板图像中能识别的数据块中心坐标，采用步骤S31的方法，建立起与世界坐标系的对应关系； 

S322：获取摄像机内外参以及畸变参数的初值； 

S323：筛选通过L-M优化算法对摄像机内外参数以及畸变系数优化。 

进一步地，所述步骤S33具体包括以下步骤： 

S331：在变焦范围下，调节变焦值；