[发明专利]基于旋转拍摄的预计算相机标定方法

说明书

本发明公开了一种基于旋转拍摄的预计算相机标定方法，通过利用等角度间距拍摄的图像序列中的相机运动规律信息，进行三维空间中相机的位姿标定，该方法包括以下步骤：(1)对等角度间距拍摄的旋转物体的图像序列，确定相机的内参矩阵；(2)使用特征点提取算法进行二维图像特征点的提取与匹配；(3)对相机位姿矩阵进行参数化后，通过数值优化方法计算最优相机位姿矩阵，完成图像序列中所有相机的标定。本方法对各种型号的相机拍摄下的可控环物摄影图片序列均能很好的进行支持，且计算量相比原始相机标定方法大幅下降，鲁棒性大幅上升。

技术领域

本发明涉及摄像技术领域，具体是一种利用等角度间距拍摄的图像序列中的相机运动规律信息进行三维空间中相机的位姿标定的一种基于旋转拍摄的预计算相机标定方法。

背景技术

随着计算能力的提升，三维重建领域受到越来越多的关注。我们活在三维空间里，要做到交互和感知，就必须将世界恢复到三维。相机位姿的运动与追踪在三维重建中是一项重要的技术环节，它决定了后续重建过程能否正确快速地进行，直接影响了最终生成的模型的精度。使用棋盘格标定板进行相机位姿的标定是比较普遍的做法，但这需要实验场景可重复，而现实场景中很多情况下并不满足这一要求。目前诸如Structure from Motion等主流三维重建算法在不同图像中找寻对应的特征点，利用对极几何约束，通过求得Fundamental Matrix或者Essential Matrix来恢复相机位姿。

电子商务使得购物越来越便捷，买卖双方不需要在现实生活中见面，但是同时也使得买家难以对商品的外观有直观的了解。对物品进行360°环物全景拍摄有效的解决了这一问题。在整个拍摄过程中，物品被放置在一个自动转盘上，相机被安置在一旁，在每一次拍摄结束后，转盘自动转过设定的固定角度，进行下一次拍摄。通过这种全自动的拍摄方式，最终得到物体的360°图像序列，可用于展示及其它应用。

但是，在360°拍摄的过程中，旋转的角度是可控且一致的，通过引入这一先验信息，可以使得整个图像序列的相机标定更加鲁棒，并且计算量更小从而更加快速。这一问题的解决有很大意义，对旋转拍摄的图片序列，实现了更加鲁棒，快速的相机标定，可以应用于任何旋转角度已知的图像序列上。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明所述的一种基于旋转拍摄的预计算相机标定方法，通过采用这种图像序列能很好的对物体进行全方位的展示，并且采用该方法能更有效的对图像序列进行分析，以便后续更好的利用图像序列进行三维重建等工作。

技术方案：为了实现上述目的，本发明所述的一种基于旋转拍摄的预计算相机标定方法，该方法包括以下步骤：

一、对等角度间距拍摄的旋转物体的图像序列，通过读取图像文件上的EXIF信息确定相机的内参矩阵；

二、使用特征点提取算法进行二维图像特征点的提取与匹配；

三、以重投影误差作为依据，通过数值优化方法进行相机位姿矩阵的计算：

作为本发明的进一步优选，步骤二中二维图像特征点的提取与匹配通过动态调整匹配的阈值来改变特征点匹配对的数目。

作为本发明的进一步优选，步骤三中相机位姿矩阵的计算步骤如下：

1)对相机位姿矩阵进行参数化；

2)使用数值优化方法，通过调整参数的数值，使得重投影误差最小，从而得到最优的相机位姿矩阵。

作为本发明的进一步优选，步骤三中所述的对相机位姿矩阵进行参数化是通过使用相机俯视角度θ、相机水平偏移角ω以及相机竖直偏移角φ三个参数描述。

作为本发明的进一步优选，通过相机俯视角度θ、相机水平偏移角ω以及相机竖直偏移角φ三个有实际物理意义的参数表示相邻相机的位移矩阵。