用于全景与PTZ主从摄像机的标定方法研究

论文摘要

随着近年来全景成像技术的不断发展,全景摄像机在安防监控、辅助驾驶、现场检测、车载巡检等方面的应用越来越广泛。全景摄像机与其他监控设备的联合应用极大地提高了观察效果,达到监控要求。全景与PTZ主从摄像机是由鱼眼全景摄像机和PTZ摄像机两部分构成,鱼眼摄像机具有对超大场景覆盖监控的能力,但在观察局部场景时分辨率过低效果不佳。PTZ摄像机具有快速定位和变焦的能力,但视角有限不能兼顾多个场景。主从摄像机结合了两者优势,既能够整体监控又能够局部观察,从而达到最佳的监控效果。本文针对一般主从摄像机标定算法所存在的缺陷,重点提出适用于全景与PTZ主从摄像机的标定方法。论文的主要工作包含以下几个方面:(1)研究近年来标定主从摄像机所使用的经典方法,并逐层分析这些方法对于移植到全景与PTZ主从摄像机时的优势和缺陷。(2)提出了一种基于数据拟合的手动标定方法。该方法将全景图像平均划分成M?N个网格,手动操控PTZ摄像机来匹配每个网格中的数据点,以查找表的形式记录样本点数据,通过双线性插值计算其余像素点的对应关系,从而得到整幅全景图像到PTZ摄像机运动参数的映射关系。(3)提出了一种基于摄像机模型的自动标定方法。该方法基于全景摄像机与PTZ摄像机的光心重叠的假设,通过建立全景摄像机坐标系和PTZ摄像机坐标系,利用图像特征点的匹配信息求解出两个坐标系之间的变换关系来得到整幅全景图像到PTZ摄像机运动参数的映射关系。(4)提出了一种基于PTZ图像拼接的自动标定方法。该方法利用PTZ摄像机图像拼接得到与全景图像相同视场范围的拼接图像,然后通过图像块匹配的方法估计鱼眼图像与拼接图像之间的关系,并以查找表的形式记录,从而得到整幅全景图像到PTZ摄像机运动参数的映射关系。本文提出的三种针对全景与PTZ主从摄像机的标定方法,经过实验验证,各有优缺点。所以,我们可以根据不同的需求采用不同的标定方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及章节安排
• 第二章 摄像机标定原理和方法
• 2.1 引言
• 2.2 计算机视觉中的射影知识
• 2.2.1 齐次坐标系
• 2.2.2 三大坐标系
• 2.2.3 摄像机线性模型
• 2.2.4 摄像机非线性模型
• 2.3 单摄像机标定方法
• 2.3.1 直接线性变换方法（DLT方法）
• 2.3.2 Tsai的基于径向约束的两步法
• 2.3.3 张正友标定方法
• 2.3.4 基于Kruppa方程的自标定方法
• 2.4 鱼眼摄像机成像原理与标定方法
• 2.4.1 鱼眼镜头成像原理
• 2.4.2 鱼眼摄像机的数学模型
• 2.5 PTZ摄像机的相关知识
• 2.5.1 PTZ摄像机
• 2.5.2 球坐标系
• 2.6 图像匹配
• 2.6.1 尺度不变特征变换算法（SIFT算法）
• 2.6.2 图像块匹配算法
• 2.7 小结
• 第三章 一种基于摄像机模型的全景与PTZ主从摄像机的自动标定方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于摄像机模型的主从摄像机的自动标定方法
• 3.2.1 标定原理
• 3.2.2 主从摄像机坐标系的建立
• 3.2.3 主从摄像机模型
• 3.2.4 鱼眼图像坐标与PTZ摄像机运动参数的关系
• 3.2.5 PTZ摄像机的定位
• 3.3 实验及结果分析
• 3.3.1 配准程序设计
• 3.3.2 实验结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 基于PTZ图像拼接的全景与PTZ主从摄像机的自动标定方法
• 4.1 引言
• 4.2 标定方法的基本原理
• 4.3 标定过程
• 4.3.1.基于PTZ图像的全景图像拼接
• 4.3.2. PTZ摄像机旋转模型
• 4.3.3. 建立两映射关系H1和H2
• 4.3.4. 错误块修正
• 4.4 实验及结果分析
• 4.4.1. 标定实验流程
• 4.4.2 实验结果分析
• 4.5 总结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果