[发明专利]一种基于双目可运动摄像机的高分辨率图像获取方法

摘要

本发明提出了一种基于双目可运动摄像机视觉系统的静态目标高分辨率图像获取方法。本发明基于传统立体视觉理论的拓展。本发明通过双目可运动摄像机捕获图像的立体校正结果和视差图，建立目标在两个摄像机坐标系之间的坐标关联，从而确定摄像机的水平和垂直旋转角度；通过离线建立目标区域大小和变焦倍数之间的对应关系，以及在线估计视差可靠度确定摄像机的变焦倍数。本发明可以实现任一摄像机选定视场内目标后，另一个摄像机以高分辨率使该目标处于图像的中心位置，可以应用于交通、安防、人机交互等领域，具有广泛的应用前景和重要的实用价值。

主权项

1.一种基于双目可运动摄像机的高分辨率图像获取方法，其特征在于，包括以下步骤：将两个可运动摄像机表示为Cam-1和Cam-2，设两个可运动摄像机的当前参数为(p1,t1,z1)和(p2,t2,z2)，其对应的观测图像分别为I1和I2，并假定Cam-1图像I1中确定的静态目标区域为估计主动相机Cam-2参数(p'2,t'2,z'2)，使得静态目标区域以高分辨率处于Cam-2图像I2的中心位置；(p'2,t'2,z'2)的具体计算过程如下：(1)利用基于特征点匹配的摄像机标定方法对两个可运动摄像机进行标定，即获得两个摄像机的主点坐标(u0,v0)，以及焦距z随zoom参数的变化关系f(z)；(2)利用球面立体校正算法对两幅图像I1和I2进行立体校正，设校正后的图像分别为I1r和I2r，此时可获得图像I1和I1r，以及I2和I2r对应像素点之间的关系，即 x 1 r y 1 r 1 = g 11 g 12 g 13 g 21 g 22 g 23 g 31 g 32 g 33 x 1 y 1 1 ]]> x 2 r y 2 r 1 = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 h 31 h 32 h 33 x 2 y 2 1 ]]>其中，[x1,y1,1]T、[x2,y2,1]T为立体校正前图像I1和I2上的像素点；[x1r,y1r,1]T、[x2r,y2r,1]T为立体校正后图像I1r和I2r上的像素点；(3)获取多组目标区域大小和zoom参数的对应关系，并以表格的形式存储；(4)计算图像I1中静态目标区域的中心位置c1，并根据步骤(2)获得的I1和I1r像素之间的对应关系，获得c1在图像I1r中的对应位置c1r，即 c 1 r 1 = g 11 g 12 g 13 g 21 g 22 g 23 g 31 g 32 g 33 c 1 1 ]]>(5)利用动态规划立体匹配算法计算校正后图像I1r和I2r的视差图，记d为I1r和I2r在点c1r的估计视差值，则可得到c1r在图像I2r中的对应点，即c2r＝c1r+[d,0]T(6)根据步骤(2)获得的I2r和I2像素之间的对应关系，计算c2r在图像I2的对应位置c2，即 c 2 1 = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 h 31 h 32 h 33 - 1 c 2 r 1 ]]>(7)设c2＝[u,v]，则利用步骤(1)获得的摄像机主点坐标(u0,v0)，以及焦距z随zoom参数的变化关系f(z)，可计算得到pan参数p'2和tilt参数t'2，即 Δ p = a r c t a n | u - u 0 | f ( z ) Δ t = a r c t a n | v - v 0 | f ( z ) ]]>(8)对于zoom参数z’2，其一般由静态目标区域的大小决定；本专利根据当前目标区域的大小，首先利用步骤(3)获得的表格，通过查表得到zoom参数的初值z0；然后引入视差可靠度rd∈[0,1]，rd可由目标区域中各像素视差估计值的方差确定，即其中，表示静态目标区域在坐标(i,j)处估计视差的方差，λ为将视差可靠度rd控制在0至1范围内的参数；上式表明，方差越小，表明视差估计的越准确，可靠度rd也将越大，最终的zoom参数z’2可通过初值z0和可靠度rd共同决定，即z'2＝z0(0.7+0.3rd)也就是说，当视差估计准确度较低时，给定一个较小的zoom参数，以保证静态目标区域处于Cam-2图像I2的可见视场内，否则，给定一个较大的zoom参数。