[发明专利]多摄像头帧同步方法

说明书

本发明提供了一种多摄像头帧同步方法，提出数字图像时钟近似代替图像采集时间表示帧图像。具体的，包括：设计一个同步视频，通过拍摄播放同步视频的显示器获取图像数据，然后利用特征点匹配法将图像数据扭正并计算出每帧图像的数字图像时钟，再利用统计学方法回归出数字图像时钟与本地图像获取时间的关系参数，以此对每个摄像头建模。之后获取数字图像时钟相差最小的帧图像，判断其数字图像时钟差是否小于事先设定的阈值，若小于，则寻找到的帧图像即为同步帧。本发明对摄像头硬件要求低，且无需对摄像头参数进行调节，对人工要求低，操作简便，易普及。

技术领域

本发明主要涉及计算机视觉、图像处理、模式识别等技术领域，特别涉及到多摄像头帧同步方法。

背景技术

随着直播和3D电影等在现代社会的普及，人们对摄像头拍摄效果的要求越来越高，例如大型晚会的直播，需要多个摄像头同时多方位拍摄。多摄像头帧同步是全方位直播、3D电影制作、3D模型估计、立体图像识别等利用多摄像头拍摄场景的应用中需解决的基本问题，其目的在于获取到多个摄像头的同步帧，或将同步帧拼接整合至同一画面，以此实现全方位的直播；或将同步帧进行特定操作，以此呈现3D效果。

现有实现多摄像头帧同步方法主要分为以下几种：

硬件帧同步：工业摄像头与电影摄影机等摄像头在硬件上提供外同步信号输入接口，如GENLOCK，利用此接口将多个摄像头连接至同一触发源，利用控制触发源来同时触发多个摄像头的启动拍摄等，以此实现多个摄像头的帧同步。这种方法的问题在于必须使用带外同步信号接口的摄像头，对硬件要求极高，硬件成本高，且可使用的摄像头范围较小，无法使用市面上普遍的摄像头，无法普及。

基于NTP同步协议的方式：网络摄像头利用NTP同步协议在本地局域网内多个摄像头的帧同步。该方法设置客户端与摄像头服务器端，通过估计客户端广播至服务器端的时间，并计算等待时间，以此准确估计各摄像头之间的时间差，以此实现多摄像头帧同步。这种方法对摄像头要求仍然较高，需要配合特定的设备实现多摄像头帧同步，易受网络传输速度影响。

基于PLL(锁相环)的方式：在锁相环实时生成稳定同步输出信号的基础上利用光照、声音等实现摄像头帧同步的方法。这种方法需要在外部利用LED灯等设备帮助实现多摄像头帧同步，并需要调节摄像头的增益参数以适应LED灯的光照，操作较繁琐，不宜推广。

发明内容

为克服一般摄像头无法准确获取帧图像采集时间的硬件问题，解决多摄像头帧同步无法普及的情况，本发明提出一种多摄像头帧同步方法，在对摄像头硬件设备无特殊要求且无需对摄像头进行参数调节的前提下，实现多摄像头的帧同步，进而实现视频拼接、3D特效等。

为达到此目的，本发明的技术方案是这样实现的：

多摄像头帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，设计同步视频，使拍摄同步视频的每一帧图像都可计算出数字图像时钟；

S2，多个摄像头同时拍摄播放同步视频的显示器，并利用特征点匹配的方法将帧图像数据扭正并计算出每帧图像的数字图像时钟；

S3，利用统计学回归出数字图像时钟与本地图像接收时间的关系参数，为每个摄像头建模；

S4，寻找数字图像时钟相差最小的帧即为同步帧。

进一步地，上述S1步骤中同步视频的设计为利用图案的变化表示数字图像时钟，并使用多种子图案代表同一信息，以此冗余性提高数字图像时钟估计的鲁棒性。以数字图像时钟代替帧图像采集时间准确表示每一帧图像。

进一步地，上述S2步骤中多个摄像头同时拍摄播放同步视频的显示器，当得到数字图像时钟与本地图像接收时间的关系参数后，即可拍摄目标物体或场景。