專利名稱：一種多相機(jī)顏色標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多相機(jī)顏色標(biāo)定方法，屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)技術(shù)，構(gòu)造虛擬環(huán)境，或者把現(xiàn)實(shí)環(huán)境編 制到計(jì)算機(jī)中去，產(chǎn)生逼真的虛擬環(huán)境，使用戶能夠得到一種沉浸于虛擬環(huán)境中的感覺。計(jì) 算機(jī)視覺研究的目的在于使計(jì)算機(jī)能夠通過二維圖像，對三維空間環(huán)境信息進(jìn)行認(rèn)知，能 夠使機(jī)器感知三維環(huán)境中物體的幾何信息，并能進(jìn)行描述、存儲、識別與理解。計(jì)算機(jī)視覺 有其獨(dú)立的計(jì)算理論與算法，占據(jù)統(tǒng)治地位的理論是Marr理論。而Marr理論的最終研究 目標(biāo)，在于從二維圖像中恢復(fù)三維物體幾何結(jié)構(gòu)，也即三維重建。目前三維重建技術(shù)多采用 多相機(jī)技術(shù)，對人眼的成像原理進(jìn)行模擬，根據(jù)不同圖像間的視差進(jìn)行重建。在三維重建過程中，往往需要對不同相機(jī)從多個(gè)角度獲取的圖片進(jìn)行顏色匹配， 根據(jù)顏色匹配的結(jié)果，進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算和建模。而由于相機(jī)本身硬件制造的差異以及參數(shù) 設(shè)置的不同，會使得相同顏色在不同相機(jī)所獲取的圖片中呈現(xiàn)出不同的視覺效果。為此，需 要研究和實(shí)現(xiàn)相關(guān)的方法，對不同相機(jī)獲取的圖片進(jìn)行顏色校正，降低匹配誤差，提高顏色 的一致性。對于多相機(jī)顏色標(biāo)定，目前主要有硬件和軟件兩種方法。硬件標(biāo)定方法通過改變 硬件設(shè)置，來達(dá)到顏色校正的目的，這種方法實(shí)時(shí)性高，速度快，但受光照條件的影響大，且 對相機(jī)的配置要求較高。而軟件標(biāo)定方法對相機(jī)的配置要求不高，受環(huán)境因素影響較小，適 合于多相機(jī)的標(biāo)定。在用軟件標(biāo)定的過程中，如果直接在像素層面，通過改變像素的顏色值 來達(dá)到校正的目的，則容易受到光照、相機(jī)以及噪聲等條件的影響而降低匹配準(zhǔn)確度，為此 需要通過研究相機(jī)的成像模型，從亮度層對相機(jī)的成像過程進(jìn)行擬合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多相機(jī)顏色標(biāo)定 方法，該降低了相機(jī)所拍攝的圖片的顏色差異，保證顏色的一致性，為后續(xù)的三維重建工作 提供保證，提高了重建的精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種多相機(jī)顏色標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)對每個(gè)相機(jī)獲取的圖片進(jìn)行邊緣提取，沿邊緣進(jìn)行顏色信息提取，根據(jù)提取到 的顏色信息恢復(fù)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)；(2)從多臺相機(jī)中選取一臺基準(zhǔn)相機(jī)，利用基于24色板的顏色匹配方法或通用顏 色匹配方法，搜索真實(shí)世界中同一種顏色在不同相機(jī)獲取的圖片中所對應(yīng)的顏色值；(3)根據(jù)步驟(1)得到的各個(gè)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)及步驟(2)得到的基準(zhǔn)相機(jī)和其他 相機(jī)的顏色匹配信息，利用多相機(jī)亮度層標(biāo)定方法，對各個(gè)相機(jī)進(jìn)行顏色標(biāo)定；所述多相機(jī)亮度層標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)如下(3. 1)求取一個(gè)相機(jī)與基準(zhǔn)相機(jī)在亮度層的最優(yōu)轉(zhuǎn)換函數(shù)對于任一相機(jī)，根據(jù)該相機(jī)與基準(zhǔn)相機(jī)的顏色對應(yīng)關(guān)系，求取每一對匹配顏色所對應(yīng)的亮度值，根據(jù)得到的亮 度值的對應(yīng)關(guān)系，利用最小二乘法求解亮度層面的最優(yōu)轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到從該相機(jī)亮度空間 到基準(zhǔn)相機(jī)亮度空間的線性變換函數(shù)；(3. 2)對一個(gè)相機(jī)所獲取的圖片在亮度層進(jìn)行顏色校正對一個(gè)相機(jī)獲取的圖片 中的每個(gè)像素，利用該相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，求解該像素的顏色值所對應(yīng)的亮度值，利用步驟 (3. 1)得到的線性變換函數(shù)，將圖像的亮度值轉(zhuǎn)化為基準(zhǔn)相機(jī)中所對應(yīng)的亮度值，利用基準(zhǔn) 相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，求解基準(zhǔn)相機(jī)中的該亮度值所對應(yīng)的顏色值，用計(jì)算得到的新的顏色值 作為標(biāo)定后的像素的顏色值。所述步驟(2)中基于24色板顏色匹配方法實(shí)現(xiàn)步驟為(a)利用包含24個(gè)常用色塊的標(biāo)準(zhǔn)24色標(biāo)定板作為參考，在4個(gè)角設(shè)置特征點(diǎn)， 并使特征點(diǎn)到色塊中心距離與色塊中心之間的距離相等；(b)利用步驟(a)中所定義的24色標(biāo)定板，使用多個(gè)相機(jī)從不同角度獲取標(biāo)定板 圖片。對其中的一個(gè)相機(jī)，從獲取的圖片中識別特征點(diǎn)，重建標(biāo)定板在空間中的三維平面；(c)利用特征點(diǎn)到色塊中心距離與色塊中心之間的距離相等的特性，在步驟(a) 重建得到的三維平面內(nèi)，搜索各個(gè)色塊對應(yīng)的區(qū)域信息，根據(jù)色塊對應(yīng)的區(qū)域信息，以及相 機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，得到色塊區(qū)域在相機(jī)的圖片中對應(yīng)的投影區(qū)域信息，提取相機(jī)獲取的圖片 中投影區(qū)域的顏色值，作為色塊在該相機(jī)中對應(yīng)的顏色值，從而建立同一種真實(shí)顏色在不 同相機(jī)之間的匹配關(guān)系。所述步驟(2)中通用亮度層顏色匹配方法實(shí)現(xiàn)步驟為(a)根據(jù)一定的過濾條件，在基準(zhǔn)相機(jī)所獲取的圖片中搜索并記錄得到的單色區(qū) 域信息；(b)將基準(zhǔn)相機(jī)得到的單色區(qū)域投射回三維空間，得到三維空間內(nèi)對應(yīng)的單色區(qū) 域信息；(c)對基準(zhǔn)相機(jī)外的每個(gè)相機(jī)，將步驟(b)得到的空間單色區(qū)域映射到每個(gè)相機(jī) 所對應(yīng)的圖片坐標(biāo)系，得到對應(yīng)的二維區(qū)域最為取色區(qū)域，記錄該區(qū)域的顏色值，得到相機(jī) 與基準(zhǔn)相機(jī)之間的顏色對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用單幅圖片恢復(fù)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)， 通過三維重建，建立不同圖片之間同一種顏色的對應(yīng)關(guān)系，基于此進(jìn)行亮度層的相機(jī)顏色 校正，從而降低系統(tǒng)對于環(huán)境的依賴，降低系統(tǒng)對相機(jī)的要求，并提高多相機(jī)在三維重建過 程中顏色的一致性，降低了三維重建中的匹配誤差，為后續(xù)的三維重建工作提供了保證，可 以提高重建的精度。


圖1是本發(fā)明中所使用的顏色標(biāo)定板；圖2是本發(fā)明方法的整體流程圖；圖3是本發(fā)明基于24色板的顏色匹配方法的流程；圖4是通用的顏色匹配方法的流程；圖5是顏色亮度層顏色標(biāo)定的流程；圖6是針對一副圖像的校正流程。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，本發(fā)明方法的具體實(shí)現(xiàn)過程為(1)基于單幅圖像的相機(jī)響應(yīng)函數(shù)恢復(fù)本發(fā)明利用基于單幅圖像的響應(yīng)函數(shù)恢復(fù)方法，對相機(jī)響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行恢復(fù)，具體 步驟描述如下。在相機(jī)成像的過程中，場景的輻照度經(jīng)過相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的線性變換得到原始圖 像，原始圖像經(jīng)過傳感器的非線性變換得到實(shí)際的圖片。從原始圖像到實(shí)際圖片的非線性 變換函數(shù)，即為相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，定義為g，描述相機(jī)從亮度到顏色的轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖片的邊緣 像素所對應(yīng)的傳感器可能同時(shí)對兩個(gè)單色區(qū)域感光，并按線性關(guān)系進(jìn)行疊加，生成理想的 邊緣顏色，理想的邊緣顏色經(jīng)過傳感器的非線性變換，轉(zhuǎn)化為真實(shí)圖片中對應(yīng)的邊緣顏色 值。因此，真實(shí)圖片中的邊緣顏色及相鄰的兩個(gè)單色區(qū)域的顏色值關(guān)系不滿足線性關(guān)系，但 轉(zhuǎn)化為亮度關(guān)系后，應(yīng)該滿足線性關(guān)系，這就是相機(jī)的邊緣成像模型?；谠撃Ｐ?，對相機(jī)的圖片進(jìn)行邊緣識別，得到邊緣后，沿邊緣利用15X15的窗 口進(jìn)行搜索。當(dāng)邊緣區(qū)域?qū)⒋翱诜殖蓛蓚€(gè)區(qū)域Si和S2時(shí)，對Si和s2分別求取顏色的均值 和方差。當(dāng)?shù)玫降姆讲钚∮谀骋婚撝禃r(shí)，認(rèn)為該區(qū)域?yàn)閱紊珔^(qū)域。如果Si和&均為單色區(qū) 域，且Si和S2的顏色差異大于某一閾值時(shí)，認(rèn)為Si和S2為不同的顏色。另外，如果Si和s2 為不同的單色區(qū)域，且邊緣顏色值位于Si和S2多對應(yīng)的顏色值之間時(shí)，邊緣上的顏色Mp與 Si和S2的顏色Mi，M2構(gòu)成一個(gè)邊緣顏色三元組。對于一個(gè)顏色三元組〈M1，M2，Mp〉，對于響應(yīng)函數(shù)g，有<g(M1)，g(M2)，g(Mp)>滿足線 性關(guān)系。也即
權(quán)利要求
一種多相機(jī)顏色標(biāo)定方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)對每個(gè)相機(jī)獲取的圖片進(jìn)行邊緣提取，沿邊緣進(jìn)行顏色信息提取，根據(jù)提取到的顏色信息恢復(fù)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)；(2)從多臺相機(jī)中選取一臺基準(zhǔn)相機(jī)，利用基于24色板的顏色匹配方法或通用顏色匹配方法，搜索真實(shí)世界中同一種顏色在不同相機(jī)獲取的圖片中所對應(yīng)的顏色值；(3)根據(jù)步驟(1)得到的各個(gè)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)及步驟(2)得到的基準(zhǔn)相機(jī)和其他相機(jī)的顏色匹配信息，利用多相機(jī)亮度層標(biāo)定方法，對各個(gè)相機(jī)進(jìn)行顏色標(biāo)定；所述多相機(jī)亮度層標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)如下(3.1)求取一個(gè)相機(jī)與基準(zhǔn)相機(jī)在亮度層的最優(yōu)轉(zhuǎn)換函數(shù)對于任一相機(jī)，根據(jù)該相機(jī)與基準(zhǔn)相機(jī)的顏色對應(yīng)關(guān)系，求取每一對匹配顏色所對應(yīng)的亮度值，根據(jù)得到的亮度值的對應(yīng)關(guān)系，利用最小二乘法求解亮度層面的最優(yōu)轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到從該相機(jī)亮度空間到基準(zhǔn)相機(jī)亮度空間的線性變換函數(shù)；(3.2)對一個(gè)相機(jī)所獲取的圖片在亮度層進(jìn)行顏色校正對一個(gè)相機(jī)獲取的圖片中的每個(gè)像素，利用該相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，求解該像素的顏色值所對應(yīng)的亮度值，利用步驟(3.1)得到的線性變換函數(shù)，將圖像的亮度值轉(zhuǎn)化為基準(zhǔn)相機(jī)中所對應(yīng)的亮度值，利用基準(zhǔn)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，求解基準(zhǔn)相機(jī)中的該亮度值所對應(yīng)的顏色值，用計(jì)算得到的新的顏色值作為標(biāo)定后的像素的顏色值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)顏色標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟(2)中基于24 色板顏色匹配方法實(shí)現(xiàn)步驟為(a)利用包含24個(gè)常用色塊的標(biāo)準(zhǔn)24色標(biāo)定板作為參考，在4個(gè)角設(shè)置特征點(diǎn)，并使 特征點(diǎn)到色塊中心距離與色塊中心之間的距離相等；(b)利用步驟(a)中所定義的24色標(biāo)定板，使用多個(gè)相機(jī)從不同角度獲取標(biāo)定板圖片。 對其中的一個(gè)相機(jī)，從獲取的圖片中識別特征點(diǎn)，重建標(biāo)定板在空間中的三維平面；(c)利用特征點(diǎn)到色塊中心距離與色塊中心之間的距離相等的特性，在步驟(a)重建 得到的三維平面內(nèi)，搜索各個(gè)色塊對應(yīng)的區(qū)域信息，根據(jù)色塊對應(yīng)的區(qū)域信息，以及相機(jī)的 內(nèi)外參數(shù)，得到色塊區(qū)域在相機(jī)的圖片中對應(yīng)的投影區(qū)域信息，提取相機(jī)獲取的圖片中投 影區(qū)域的顏色值，作為色塊在該相機(jī)中對應(yīng)的顏色值，從而建立同一種真實(shí)顏色在不同相 機(jī)之間的匹配關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相機(jī)顏色標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟(2)中通用亮 度層顏色匹配方法實(shí)現(xiàn)步驟為(a)根據(jù)一定的過濾條件，在基準(zhǔn)相機(jī)所獲取的圖片中搜索并記錄得到的單色區(qū)域信息；(b)將基準(zhǔn)相機(jī)得到的單色區(qū)域投射回三維空間，得到三維空間內(nèi)對應(yīng)的單色區(qū)域信息；(c)對基準(zhǔn)相機(jī)外的每個(gè)相機(jī)，將步驟(b)得到的空間單色區(qū)域映射到每個(gè)相機(jī)所對 應(yīng)的圖片坐標(biāo)系，得到對應(yīng)的二維區(qū)域最為取色區(qū)域，記錄該區(qū)域的顏色值，得到相機(jī)與基 準(zhǔn)相機(jī)之間的顏色對應(yīng)關(guān)系。
全文摘要
一種多相機(jī)顏色標(biāo)定方法，對每個(gè)相機(jī)獲取的圖片進(jìn)行邊緣提取，沿邊緣進(jìn)行顏色信息提取，根據(jù)提取到的顏色信息恢復(fù)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)；從多臺相機(jī)中選取一臺基準(zhǔn)相機(jī)，利用基于24色板的顏色匹配方法或通用顏色匹配方法，搜索真實(shí)世界中同一種顏色在不同相機(jī)獲取的圖片中所對應(yīng)的顏色值；根據(jù)得到的各個(gè)相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)及基準(zhǔn)相機(jī)和其他相機(jī)的顏色匹配信息，利用多相機(jī)亮度層標(biāo)定方法，對各個(gè)相機(jī)進(jìn)行顏色標(biāo)定。本發(fā)明降低相機(jī)所拍攝的圖片的顏色差異，保證顏色的一致性，為后續(xù)的三維重建工作提供保證，提高重建的精度。
文檔編號G06T7/00GK101996407SQ20101057339
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者吳威, 周忠, 趙旭, 趙沁平, 龔如曦 申請人:北京航空航天大學(xué)