[发明专利]一种PTZ摄像机现场标定及定焦方法

说明书

本发明公开了一种PTZ摄像机现场标定及定焦方法，属于计算机视觉与摄像机标定技术领域。所述方法包括步骤一：标定视场基准点选取与测量；步骤二：焦距固定下摄像机标定；步骤三：关键焦距的选取；步骤四：非标定视场基准点自动获取；步骤五：PTZ摄像机在线标定。本发明针对非严格轴对称镜头，设计了能够有效实现对非严格轴对称镜头的畸变校正的方法，由于得到覆盖整个摄像机视场的基准点，因此不仅减少标定工作量，还可以描述镜头不同区域的畸变情况，实现对所有焦距下畸变的有效估计，利用视场中基准点在相机视场中夹角不变性，通过最小二乘法快速确定焦距，并通过插值获得每个点的畸变校正数据。

技术领域

本发明属于计算机视觉与摄像机标定技术领域，特别是涉及一种PTZ摄像机现场标定及定焦方法。

背景技术

PTZ(Pan-Tilt-Zoom，PTZ)摄像机，又叫变焦云台摄像机，能够对焦距、姿态、光圈等进行自动调节与控制，具有灵活、视场范围大、对光照条件适应能力强等特点，因此已经在视频监控、电子安防、机器人导航等各个领域中得到了广泛的应用。PTZ摄像机应用于视觉测量领域，解决了测量视角范围小、视角视向固定等问题，在增加视觉测量系统灵活性的同时，降低了对摄像机数目的要求。

为了提高视觉测量的精度，往往需要使用离线采集的大量数据对摄像机的模型参数进行预先标定。经典的摄像机标定算法，如两步标定法，平面标定法等，主要研究焦距固定情况下的摄像机标定算法。该类方法利用高精度的立体或平面标定设备，借助于线性最小二乘/奇异值分解，以及基于最大似然准则的非线性优化方法，能够达到较为精确的标定结果。但是，由于温度、使用环境、底座震动等因素影响，摄像机参数往往逐渐发生变化，造成实际参数与标定参数偏差较大，从而导致视觉测量精度较低甚至产生错误。

在工作场合下，对于已安装的PTZ摄像机，利用参考标定物进行标定往往非常繁琐，甚至难以实现。为了解决这一问题，通常需要在现场环境下，如公共场所监控等，自主进行摄像机参数标定，完成摄像机自标定。当前主流的摄像机自标定方法主要包括基于Kruppa方程的自标定方法与基于分层逐步标定的自标定方法。分层逐步标定的方法以QR分解法、绝对二次曲面法和模约束法等为代表。然而，上述方法主要适用于焦距固定情况下的摄像机标定，仍然无法解决焦距连续变化的PTZ摄像机的参数标定问题。

针对PTZ监控摄像机标定问题，现有技术已经提出过很多种标定方法，例如，Sinha和Pollefeys提出一种对PTZ摄像机zoom参数进行离散采样标定的方法(参考文献【1】SinhaS N and Pollefeys M.Pan-tilt-zoom Camera Calibration and High-resolutionMosaic Generation.Computer Vision and Image Understanding.2006,103(3):170-183P)；Sarkis等人提出利用移动最小二乘来建立摄像机内参函数的方法(参考文献【2】Sarkis M,Senft C and Diepold K.Calibrating an Automatic Zoom Camera WithMoving Least Squares.IEEE Transactions on Automation Science andEngineering.2009,6(3):492-503P)；Ashraf和Foroosh等人提出利用无重叠视场的PTZ摄像机自标定方法(参考文献【3】Ashraf N and Foroosh H.Robust Auto-calibration of aPTZ Camera with Non-overlapping FOV.In International Conference on PatternRecognition,Dec.2008:738-748P)，在这些已知的方法中，有些是忽略镜头畸变，有些是假设镜头畸变的变化是随着放大倍数的一个线性变化，有些是假设镜头畸变满足畸变模型，然而，对于加工精度不均匀的镜头，镜头畸变并不能用简单畸变模型描述。因此，对于设计一种能够有效应对镜头畸变的方案，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容