[发明专利]校准照相机的计算机实现方法

说明书

一种对照相机进行校准的计算机实现方法，包括以下步骤：a.采集来自所述照相机(CAM)的视频流，并且将所述视频流显示在屏幕(DY)上；b.在所述屏幕上显示被叠加到所述视频流上的目标区(102)的表示；c.检测所述视频流中的校准图案(100)并周期性地检查所述校准图案是否适配到所述目标区内；d.在发现所述校准图案适配到所述目标区内时，从所述视频流提取出所述校准图案的图像；使用对应于携带所述校准图案的物理支撑物(101)的不同位置的相应的目标区将所述步骤a.到步骤d.重复执行多次；并且然后e.通过处理所存储的图像来估计所述照相机的固有校准参数。用于实施这种方法的计算机程序产品、计算机可读数据存储介质和计算机系统。

技术领域

本发明涉及用于校准照相机的计算机实施方法。更确切地说，本发明涉及数字照相机的“固有”校准，即，涉及对参数的估计，从而确定其光学响应，包括焦距、主点和任选的失真参数。

背景技术

本发明适用于(例如)增强现实(AR)领域，其中，将表示虚拟对象的计算机生成的3D图像叠加在摄像机拍摄的图像顶上。为了使虚拟图像和真实图像按照最逼真的方式融合，需要对摄像机进行准确的校准。实际上，AR必需定义用于渲染虚拟3D对象的虚拟照相机。该虚拟照相机必须尽可能密切地匹配用于拍摄在背景中渲染的真实世界的真实照相机。照相机制造商提供的数据通常未能准确到给出令人满意的结果，因而必须借助于校准。

照相机校准都是关于准确性。如果没有良好校准的照相机，渲染的对象就不会使它们看起来是真实的，并且破坏了用户体验。

增强现实是要求特别严格的应用，但其并非是唯一一个需要准确的照相机校准的应用。其它应用包括(例如)3D体积重建，在这种情况下，照相机通常是深度照相机。

本发明不限于一个或几个具体应用；只要需要摄像机的准确校准就可以使用本发明。

已知用于执行照相机校准的最为普遍的技术是张氏算法并且在Z.Zhang的文章AFlexible New Technique for Camera CalibrationIEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence.Vol.22,No.11,2000,pp.1330–1334中描述。

为了使用该技术校准照相机，用户必须：

1.使用激光打印机打印校准图案(通常是黑白元素的规则排列)；

2.测量打印的图案，以确保其尺寸未被打印机缩放；

3.将该图案粘到刚性表面上，例如粘到刚性卡纸板、一块木头或者更好的是粘到玻璃上，以确保该图案保持平直(例如，通过检查纸和图案之间没有气泡)；

4.将图案定位在照相机前面并使其四处移动，以改变其取向和位置；

5.拍摄对应于该图案的几个不同位置和取向(“姿态”)的图像；以及

6.根据在上面提及的文章中详细描述的数学算法对图像进行处理。

处理步骤本身可以容易地使用现有软件来实施。制造校准图案可能是繁冗的，但其并不是特别困难。实际上，校准过程的最为困难并且耗时的部分是由步骤4和步骤5构成的，即，定位图案以及采集该图案的适当图像组。实际上，很难在考虑良好的图像分布的同时拍摄该图案的很多不同图片：图像太少将导致不正确的或者至少不准确的照相机校准，而类似姿态的图像太多则可能在参数估计中造成偏差。此外，存在图像中的很大份额变得不可被校准算法利用的风险，例如因为图案的一部分不可见，缩小了校准组的尺寸。因此，一般的建议是拍摄尽可能多的图片，希望在所述过程中使误差和偏差被平均化。而且，校准缺乏可重复性：两个用户对同一照相机进行校准(或者同一用户对照相机校准两次)将使用不同的姿态组，因此将得到略有不同的校准参数。

文献US 8106968还描述了通过检测图案的多个图像中的畸变来校准照相机的方法。