用于測(cè)量 標(biāo)記點(diǎn)圓心位置的世界坐標(biāo)并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，圖像渲染引擎用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備 建立的查找表獲取相應(yīng)的修正標(biāo)定信息與視場(chǎng)角。
[0159] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，不僅實(shí)現(xiàn)攝影機(jī)修正標(biāo)定過(guò)程完全自 動(dòng)化，無(wú)需手工介入，并且能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算在給定的坐標(biāo)系下攝影機(jī)的位置、姿態(tài)和視場(chǎng)角信 息，并通過(guò)圖像生成引擎根據(jù)上述信息精確成像，使得實(shí)拍視頻幀畫面與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛 擬幀圖像完美匹配。
【附圖說(shuō)明】
[0160] 圖1為本發(fā)明提出的攝影機(jī)定位修正標(biāo)定系統(tǒng)的組成示意圖；其中，1-伺服馬達(dá) 控制系統(tǒng)；2-攝影機(jī)、3-攝影機(jī)鏡頭、4-攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備；5-背景幕布；6-標(biāo)記 點(diǎn)；7-數(shù)據(jù)處理設(shè)備；
[0161] 圖2為本發(fā)明提出的對(duì)定焦鏡頭攝影機(jī)定位進(jìn)行修正標(biāo)定的方法流程圖；
[0162] 圖3為本發(fā)明提出的對(duì)變焦鏡頭攝影機(jī)定位進(jìn)行修正標(biāo)定的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0163] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明，同時(shí)也敘述了本發(fā)明技術(shù)方案 解決的技術(shù)問題、原理及有益效果。
[0164] 如圖1所示，為根據(jù)本發(fā)明提出的攝影機(jī)定位修正標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖所示， 本發(fā)明提出的攝影機(jī)定位修正標(biāo)定系統(tǒng)包括：伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)、攝影機(jī)、攝影機(jī)姿態(tài)外部 跟蹤設(shè)備、背景幕布、標(biāo)記點(diǎn)、空間測(cè)量設(shè)備（圖中未示出）、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、圖像渲染引擎 (圖中未示出）；
[0165] 其中，伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)與攝影機(jī)相連，用于調(diào)節(jié)鏡頭的焦距與對(duì)焦距離；伺服 馬達(dá)控制系統(tǒng)還與數(shù)據(jù)處理設(shè)備相連，用于向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送鏡頭的焦距與對(duì)焦距離信 息，以使數(shù)據(jù)處理設(shè)備計(jì)算修正標(biāo)定信息與視場(chǎng)角并建立查找表；
[0166] 數(shù)據(jù)處理設(shè)備還與攝影機(jī)相連，用于實(shí)時(shí)讀取視頻流數(shù)據(jù)；
[0167] 攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備設(shè)置于攝影機(jī)外部，用于通過(guò)測(cè)量攝影機(jī)的位置與攝影 機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備的偏移，估計(jì)攝影機(jī)的位置和姿態(tài)信息；攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備還 與數(shù)據(jù)處理設(shè)備相連，用于發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)信息；
[0168] 背景幕布上設(shè)置至少3個(gè)不共線的標(biāo)記點(diǎn)，這些標(biāo)記點(diǎn)半徑相同，顏色與背景幕 布具有反差；
[0169] 空間測(cè)量設(shè)備和圖像渲染引擎分別與數(shù)據(jù)處理設(shè)備相連，空間測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量 標(biāo)記點(diǎn)圓心位置的世界坐標(biāo)并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，圖像渲染引擎用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備 建立的查找表獲取相應(yīng)的修正標(biāo)定信息與視場(chǎng)角。
[0170] 作為優(yōu)選，背景幕布為綠幕或者藍(lán)幕。
[0171] 作為優(yōu)選，所述攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備是光學(xué)跟蹤設(shè)備或機(jī)械臂。
[0172] 本發(fā)明提出的攝影機(jī)定位修正標(biāo)定系統(tǒng)的工作流程包括如下步驟：
[0173] SI.使用空間測(cè)量設(shè)備獲取背景幕布上N個(gè)標(biāo)記點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Λ(Χι，yi，Z1)，…，An(xn，yN，ζ Ν)，并將標(biāo)記點(diǎn)的世界坐標(biāo)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述N個(gè)標(biāo)記點(diǎn)至 少包括3個(gè)不同線的標(biāo)記點(diǎn)；
[0174] S2.確定多個(gè)數(shù)值從小到大的對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FD1,FD2，…，F(xiàn)Dj，…，F(xiàn)D ;(j = 1~ J)，F(xiàn)DjP FD ;分別是鏡頭的最小對(duì)焦距離和最大對(duì)焦距離；
[0175] 若攝影機(jī)鏡頭為變焦鏡頭，則還需要確定數(shù)值從小到大的焦距采樣點(diǎn)FL1,FL 2，…， FLk，…，F(xiàn)Lk;其中k = 1~K，F(xiàn)L JP FL 別是鏡頭的最小焦距和最大焦距；
[0176] 作為優(yōu)選，所述對(duì)焦距離采樣點(diǎn)以及焦距采樣點(diǎn)采用鏡頭標(biāo)定過(guò)程中的采樣點(diǎn)； 關(guān)于鏡頭標(biāo)定請(qǐng)參考如下文獻(xiàn)：[l]Duane C Β. Close-range camera calibration[J]· Photogram.Eng. Remote Sens，1971，37 :855-866.以及[2]Zhang Z.Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown orientations[C]//Computer Vision, 1999.The Proceedings of the Seventh IEEE International Conference on. IEEE，1999， I :666-673.
[0177] 對(duì)焦距離選取方法：將置于鏡頭的調(diào)節(jié)焦點(diǎn)的伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)間（如 [0, 1])等分為J-I段，共J個(gè)端點(diǎn)，這些端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為對(duì)焦距離采樣點(diǎn)值；J 一般選取 10-30之間的整數(shù)。
[0178] 焦距采樣點(diǎn)的選取方法：將置于鏡頭的調(diào)節(jié)焦距的伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)間 (如[0, 1])等分為K-I段，共K個(gè)端點(diǎn)，這些端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為焦距采樣點(diǎn)值；K 一般根據(jù)鏡 頭的變焦范圍進(jìn)行適當(dāng)選取。
[0179] S3.通過(guò)數(shù)據(jù)處理設(shè)備獲取每個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的攝像頭內(nèi)部參數(shù)和畸變參 數(shù)；所述攝影機(jī)鏡頭內(nèi)部參數(shù)和鏡頭畸變參數(shù)通過(guò)鏡頭標(biāo)定過(guò)程獲得；
[0180] S4.伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)向數(shù)據(jù)處理設(shè)備發(fā)送鏡頭的焦距與對(duì)焦距離信息，當(dāng)對(duì)焦 距離在第j個(gè)采樣點(diǎn)FD,處，調(diào)整攝影機(jī)位置使得背景幕布上的標(biāo)記點(diǎn)能夠清晰成像；
[0181] 若攝影機(jī)鏡頭為變焦鏡頭，當(dāng)對(duì)焦距離取第j個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FD,且焦距在第k 個(gè)采樣點(diǎn)FLk處時(shí)，調(diào)整攝影機(jī)位置使得背景幕布上的標(biāo)記點(diǎn)能夠清晰成像；
[0182] S5.采用攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備例如光學(xué)跟蹤設(shè)備或機(jī)械臂向數(shù)據(jù)處理設(shè)備傳 遞其當(dāng)前狀態(tài)下的位置信息；包括為使世界坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)平移后依次分別圍繞其X軸、Y軸和 Z軸旋轉(zhuǎn)后與攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備自定義的坐標(biāo)系重合的旋轉(zhuǎn)歐拉角，以及攝影機(jī)姿 態(tài)外部跟蹤設(shè)備在世界坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)；
[0183] 所述光學(xué)跟蹤設(shè)備如全站儀等；
[0184] S6.數(shù)據(jù)處理設(shè)備利用Sl獲取的N個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的世界坐標(biāo)、標(biāo)記點(diǎn)在攝影機(jī)成像坐 標(biāo)系下的像點(diǎn)坐標(biāo)和S3獲取的攝影機(jī)鏡頭內(nèi)部參數(shù)和鏡頭畸變參數(shù)，獲取攝影機(jī)坐標(biāo)系 與世界坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣以及攝影機(jī)透視中心在世界坐標(biāo)系的平移向量，即攝影機(jī)在 世界坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息；
[0185] 作為優(yōu)選，攝影機(jī)成像坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)定于視場(chǎng)中心。
[0186] S7.數(shù)據(jù)處理設(shè)備利用S5獲取的當(dāng)前狀態(tài)下攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備給出的當(dāng) 前位置信息，和S6中求得的攝影機(jī)在世界坐標(biāo)系下的姿態(tài)信息，求得攝影機(jī)修正標(biāo)定信息 和視場(chǎng)角；
[0187] S8.若攝影機(jī)鏡頭為定焦鏡頭：調(diào)整對(duì)焦距離，對(duì)每個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FD,執(zhí)行步 驟S4~S7,直到遍歷所有對(duì)焦距離采樣點(diǎn)，求出每個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的修正標(biāo)定信 息和視場(chǎng)角，數(shù)據(jù)處理設(shè)備建立對(duì)焦距離-修正標(biāo)定信息-視場(chǎng)角的查找表LUTl ;
[0188] 若攝影機(jī)鏡頭為變焦鏡頭：調(diào)整對(duì)焦距離和焦距，對(duì)每個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FD,和每 個(gè)焦距采樣點(diǎn)FLki行步驟S4~S7,直到遍歷所有對(duì)焦距離采樣點(diǎn)和焦距采樣點(diǎn)，求出每 個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)和焦距采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的修正標(biāo)定信息和視場(chǎng)角，數(shù)據(jù)處理設(shè)備建立對(duì)焦 距離-焦距-修正標(biāo)定信息-視場(chǎng)角的查找表LUT2 ;
[0189] S9.若攝影機(jī)鏡頭為定焦鏡頭：圖像渲染引擎根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備所建立的查找表 LUTl，通過(guò)對(duì)焦距離獲取相應(yīng)的修正標(biāo)定信息與視場(chǎng)角。
[0190] 若攝影機(jī)鏡頭為變焦鏡頭：圖像渲染引擎根據(jù)數(shù)據(jù)處理設(shè)備所建立的查找表 LUT2,通過(guò)對(duì)焦距離和焦距獲取相應(yīng)的修正標(biāo)定信息與視場(chǎng)角。
[0191] 本發(fā)明中涉及的攝影機(jī)定位修正標(biāo)定系統(tǒng)其可以適用于定焦鏡頭，也可適用于變 焦鏡頭，這里分別以帶有定焦鏡頭和變焦鏡頭的攝影機(jī)定位修正標(biāo)定系統(tǒng)為例，說(shuō)明本發(fā) 明所述攝影機(jī)定位修正標(biāo)定方法的技術(shù)方案：
[0192] 一、定焦鏡頭（請(qǐng)見附圖2)
[0193] SI.獲取標(biāo)記點(diǎn)的世界坐標(biāo)：
[0194] 利用空間測(cè)量設(shè)備測(cè)量背景幕布上N個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的世界坐標(biāo)A1U1, yi，Z1)，…，An(xn， yN，zN)，所述N個(gè)標(biāo)記點(diǎn)至少包括3個(gè)不同線的標(biāo)記點(diǎn)；所述標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)為標(biāo)記點(diǎn)的圓心位 置并且所述標(biāo)記點(diǎn)均位于攝影機(jī)采集的畫面內(nèi)；其中第i個(gè)標(biāo)記點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo) 為 Ai (Xi, y;，Zi)，i = 1 ~N ;
[0195] S2.確定對(duì)焦距離采樣點(diǎn)：
[0196] 通過(guò)伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)，根據(jù)攝影機(jī)鏡頭標(biāo)定過(guò)程確定數(shù)值從小到大的對(duì)焦距離 采樣點(diǎn)FD1, FD2，…，F(xiàn)Dj，…，F(xiàn)D山· = 1~J)，F(xiàn)D# FD ;分別是鏡頭的最小對(duì)焦距離和最 大對(duì)焦距離；
[0197] S3.獲取每個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的攝像頭內(nèi)部參數(shù)和畸變參數(shù)并進(jìn)行記錄，所 述攝影機(jī)鏡頭內(nèi)部參數(shù)和鏡頭畸變參數(shù)通過(guò)鏡頭標(biāo)定過(guò)程獲得；
[0198] 具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于第j個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FD,，相應(yīng)的攝影機(jī)鏡頭內(nèi)部參數(shù)為：fx]， f yj，j，Cyj，其中：
[0199] fx]:表示對(duì)焦距離為FD ,時(shí)，鏡頭的出瞳與鏡頭光軸交點(diǎn)到成像面的距離f ,與攝 影機(jī)成像儀每個(gè)單元的水平寬度dx之比，即
[0200] 匕:表示對(duì)焦距離為FD ,時(shí)，鏡頭的出瞳與鏡頭光軸交點(diǎn)到成像面的距離f ,與攝 影機(jī)成像儀每個(gè)單元的垂直高度dy之比，即
[0201 ] 作為優(yōu)選，本文所述攝影機(jī)成像儀是CCD或者CMOS。
[0202] cx]:表示對(duì)焦距離為FD ,時(shí)，鏡頭的光軸與成像面的交點(diǎn)，與成像面中心的水平偏 移的像素?cái)?shù)；
[0203] cy]:表示對(duì)焦距離為FD ,時(shí)，鏡頭的光軸與成像面的交點(diǎn)，與成像面中心的垂直偏 移的像素?cái)?shù)；
[0204] 對(duì)于第j個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FDj，相應(yīng)的攝影機(jī)鏡頭畸變參數(shù)為： P2j，其中kw k2j，k3j為對(duì)焦距離是FD j時(shí)的徑向畸變參數(shù)，其中k 3j為選用參數(shù)，當(dāng)鏡頭為魚 眼鏡頭時(shí)使用kw k2j，k3j這三個(gè)徑向畸變參數(shù)，當(dāng)鏡頭為非魚眼鏡頭時(shí)，k 3j= 0,即其他鏡 頭只使用ky k2j這兩徑向畸變參數(shù)；p V p2j為對(duì)焦距離是FD j時(shí)的切向畸變參數(shù)；
[0205] 并且，獲得每個(gè)對(duì)焦距離FD,下的內(nèi)參矩陣M ,為：
[0207] S4.當(dāng)對(duì)焦距離取第j個(gè)對(duì)焦距離采樣點(diǎn)FD jt，調(diào)整攝影機(jī)位置使得背景幕布上 的標(biāo)記點(diǎn)能夠清晰成像；
[0208] S5.數(shù)據(jù)處理設(shè)備獲取攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備如光學(xué)跟蹤設(shè)備傳遞的當(dāng)前位置 信息[Qxj，Qyj，Qzj，Txj，T yj，Tzj]。其中[0xj，0yj，0zj]為使世界坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)平移后依次 分別圍繞X軸、Y軸和z軸旋轉(zhuǎn)后與攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備自定義的坐標(biāo)系重合的旋轉(zhuǎn) 歐拉角，[Tx]，Ty]，Tz]]為攝影機(jī)姿態(tài)外部跟蹤設(shè)備在世界坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，將攝影機(jī)姿 態(tài)外部跟蹤設(shè)備給出的當(dāng)前位置信息表示為如下矩陣形式：
[0210] 這里
[0214] S6.利用SI獲取的N個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的世界坐標(biāo)、標(biāo)記點(diǎn)在攝影機(jī)成像坐標(biāo)系下的像點(diǎn) 坐標(biāo)和S3獲取的攝影機(jī)鏡頭內(nèi)部參數(shù)和鏡頭畸變參數(shù)，獲取攝影機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系 之間的旋轉(zhuǎn)矩陣Rw以及攝影機(jī)透視中心在世界坐標(biāo)系的平移向量T w，即攝影機(jī)在世界坐 標(biāo)系下的姿態(tài)信息；
[0215] 作為優(yōu)選，當(dāng)前對(duì)焦距離為FD jt，獲取攝影機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩 陣Rw、攝影機(jī)透視中心在世界坐標(biāo)系的平移向量Tp,、攝影機(jī)在世界坐標(biāo)系下的姿態(tài)矩陣H p, 的方法為：
[0216] 根據(jù)第i個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)(崎，yf;.)以及當(dāng)前對(duì)焦距離FD J的鏡頭畸變參 數(shù)，求出校正后的第i個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)（X' ，太
[0220] 其中右攝影機(jī)鏡頭為非魚眼鏡頭時(shí)，k3j= 0 ;
[0221] 第i個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的世界坐標(biāo)（Xl，yi，Zl)與其對(duì)應(yīng)的校正后的像點(diǎn)坐標(biāo)（X'