CN107123149A - 一种鱼眼全景镜头的标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼眼全景镜头的标定装置，所述鱼眼全景镜头的标定装置在半球标定箱向后延伸设置有一补偿标定箱，所述补偿标定箱上任意轴心对称的两点，与半球标定箱球心所形成两个夹角中较大者不小于220°；在所述标定箱体内壁上设置有用于为标定鱼眼全景镜头提供坐标参数的标定坐标图。本发明所提供的鱼眼全景镜头的标定装置，使得鱼眼全景镜头收容于标定箱体后，其中心位置与标定箱体内壁各个位置之间的间距相差无几；同时，在半球面位置继续向后延伸的部分可保证其所拍摄有效图像不会丢失；此外，再通过对标定坐标图的数据进行参考，极大的提高了所拍摄照片的校正及拼接精度。
Description
技术领域
本发明涉及便携式摄影设备技术领域，尤其涉及的是一种鱼眼全景镜头的标定装置。
背景技术
全景照片，又称为全景，英文是PANORAMIC PHOTO，或PANORAMA，通常是指符合人的双眼正常有效视角(大约水平90度，垂直70度)或包括双眼余光视角(大约水平180度，垂直90度)以上，乃至360度甚至720度完整场景范围拍摄的照片。
全景照片的获得有两种方式，第一、利用普通相机(本发明中相机指具有拍摄功能的设备，如手机、平板等，并不仅为传统意义上的相机)拍摄多张照片后，通过拼接软件或拼接平台进行拼合完成；第二、通过全景相机拍摄后，由全景相机自动拼接完成。
双鱼眼全景镜头是全景相机中常见的镜头，两个鱼眼全景镜头背对背设置在全景相机内，由于鱼眼全景镜头属于超广角镜头，其视角通常都大于190°，比普通广角镜头具有更大的视场，可以提供较多的拼接空间，可提高全景照片的拍摄及合成效率。但鱼眼全景镜头会产生很大的畸变，尤其是鱼眼全景镜头的两侧，其畸变均超过100％，且两镜头之间存在一定的误差，严重影响后续的图像拼接。因此，在通过鱼眼全景镜头拍摄之前，须对其进行精准的标定，获取镜头畸变参数及两侧影像的拼接坐标，对图像进行畸变校正，同时，将通过双鱼眼全景镜头拍摄的两个照片进行无缝拼接。
现有技术中，对鱼眼全景镜头的标定通常采用立方体投影模型及半球面模型等数学模型进行标定。
其中，立方体投影模型在设备装置上容易实现，但其模型空间结构与鱼眼全景镜头的实际球形的成像模型差异较大，得出的数学模型误差大，严重影响校正及拼接精度。请参考图1及图2，正立方体标定箱由于在箱体正面中心及角落里与镜头成像球心距离不一致，其无法准确反映鱼眼全景镜头的畸变情况，软件校正误差较大。图1中外侧正方形框体表示正立方体标定箱，其内部的填充部分则表示鱼眼全景镜头视角；二者误差最大点在ab段，误差公式为：
而半球面模型标定也存在无法满足视角大于190°的超广角多半球的成像模型，存在数学模型部分数据丢失，无法准确提供拼接坐标的问题。请参考图3，图3中半圆形HC1表示半球面标定箱，填充部分则表示鱼眼全景镜头视角；明显可见，半球面标定箱无法满足视角大于190°鱼眼全景镜头的成像空间需求，对超出的视角内的畸变无法校正，在拼接图像时大于180°时部分有效图像将会丢失，图像无法较好的融合拼接。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种鱼眼全景镜头的标定装置，旨在解决现有技术中的立方体投影模型误差大，校正及拼接精度低；及半球面模型无法满足视角大于190°的超广角多半球的成像模型的问题。
本发明的技术方案如下：
一种鱼眼全景镜头的标定装置，包括：半球标定箱，其中，所述半球标定箱向后延伸设置有一补偿标定箱，所述补偿标定箱与半球标定箱一体成型，形成用于收容鱼眼全景镜头的标定箱体；
所述补偿标定箱上任意轴心对称的两点，与半球标定箱球心所形成两个夹角中较大者不小于220°；
在所述标定箱体内壁上设置有用于为标定鱼眼全景镜头提供坐标参数的标定坐标图；
所述标定箱体下端固定连接有标定镜头固定冶具。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述标定箱体为四分之三球型结构。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述补偿标定箱背离半球标定箱一端开设有一开口，鱼眼全景镜头穿过所述开口后，收容于标定箱体的内部空间。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述标定坐标图包括：
多个标定经线、多个与所述标定经线交错相织的标定纬线，以及多个由所述标定经线与标定纬线交错相织而产生的第一检测坐标点。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述标定坐标图还包括：对应于标定箱体内侧顶点的第二检测坐标点；
所述第一检测坐标点及第二检测坐标点，均采用与标定经线及标定纬线皆不同的色彩进行标记。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述鱼眼全景镜头的标定装置还包括：与所述标定箱体连接，用于固定标定箱体的标定箱支架。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述标定镜头固定冶具包括：
用于固定待标定鱼眼全景镜头的镜头模组固定冶具，所述镜头模组固定冶具下端连接有用于调整鱼眼全景镜头标定方位的六轴调节台，所述六轴调节台下端连接有用于调整六轴调节台高度的升降台，所述升降台下端连接有用于承载升降台的冶具承载台，所述冶具承载台固定连接于标定箱支架。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述标定箱支架包括：
与标定箱体的平面端相平齐的固定板，两个分别垂直连接于固定板两侧的支撑框架，以及连接于两个支撑框架之间的连接杆；
所述冶具承载台垂直连接于所述连接杆，且上端贯穿至标定箱体的内部空间。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，所述鱼眼全景镜头的标定装置还包括：内置于标定箱体的内部空间靠***面端一侧的灯光***，所述灯光***包括：
四个间隔设置于标定箱体内壁上的LED灯管。
优选方案中，所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其中，每个LED灯管外侧皆设置有一弧形半透明灯罩，以进行均匀布光，所述弧形半透明灯罩的弧度足以使标定箱体内部空间无灯影。
与现有技术相比，本发明所提供的鱼眼全景镜头的标定装置，由于在半球标定箱后侧延伸设置了一补偿标定箱，并使补偿标定箱上任意轴心对称的两点，与半球标定箱球心所形成两个夹角中较大者不小于220°；同时，在所述标定箱体内壁上设置了用于为标定鱼眼全景镜头提供坐标参数的标定坐标图；使得鱼眼全景镜头收容于标定箱体后，其中心位置与标定箱体内壁各个位置之间的间距相差无几；同时，在半球面位置继续向后延伸的部分可保证其所拍摄有效图像不会丢失；此外，再通过对标定坐标图的数据进行参考，极大的提高了所拍摄照片的校正及拼接精度。有效地解决了现有技术中的立方体投影模型误差大，校正及拼接精度低；及半球面模型无法满足视角大于190°的超广角多半球的成像模型的问题。
附图说明
图1是现有技术中通过立方体投影模型进行鱼眼全景镜头标定的原理图。
图2是图1中局部Z的放大图。
图3是现有技术中通过半球面模型进行鱼眼全景镜头标定的原理图。
图4是本发明鱼眼全景镜头的标定装置较佳实施例的侧视图。
图5是本发明鱼眼全景镜头的标定装置较佳实施例的后视图。
图6是本发明鱼眼全景镜头的标定装置中标定坐标图较佳实施例的后视图。
图7是本发明鱼眼全景镜头的标定装置较佳实施例的标定原理示意图。
图8是图7中局部X的放大图。
具体实施方式
本发明提供一种鱼眼全景镜头的标定装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图4是本发明鱼眼全景镜头的标定装置较佳实施例的侧视图；图5是本发明鱼眼全景镜头的标定装置较佳实施例的后视图。
如图4及图5所示，本发明较佳实施例中提供了一种鱼眼全景镜头的标定装置，包括：半球标定箱、半球标定箱向后延伸设置的补偿标定箱、由半球标定箱与补偿标定箱一体成型形成的标定箱体11、标定坐标图及标定镜头固定冶具6。
所述补偿标定箱任意轴心对称设置的两点，与半球标定箱球心所形成两个夹角中较大者不小于220°，即半球标定箱顶点至补偿标定箱后端面(背离半球标定箱一端端面)之间的距离，占整球直径的67.1％以上，如整球直径为100，则半球标定箱顶点与补偿标定箱后端面的垂线长度应在67.1以上，理论上而言，该范围为67.1至100；也就是说，整球结构亦可行。但考虑到安装方便性及标定效果等因素，本发明优选值为75，即四分之三球型结构。
那么，本发明就以四分之三球型结构为例，对本发明进行介绍：标定箱体11内设置有一用于收容鱼眼全景镜头的收容槽，所述收容槽可看作是由标定箱体11抽壳得到，标定箱体11的横截面由四分之三圆环及连接于四分之三圆环两端之间的线段组成，该线段与四分之三圆环的直径相平行。
图6是本发明鱼眼全景镜头的标定装置中标定坐标图较佳实施例的后视图。
如图6所示，所述标定箱体11内壁上设置有用于为标定鱼眼全景镜头提供坐标参数的标定坐标图，所述标定坐标图可粘附、刻画于标定箱体11内壁，本发明对此不做具体限定。
而在标定箱体11下端则固定连接有标定镜头固定冶具6，所述标定镜头固定冶具6与鱼眼全景镜头连接，用于调整鱼眼全景镜头的位姿，所述位姿包括鱼眼全景镜头的位置和姿态，具体包括高度、前后左右位置、与标定镜头固定冶具6之间的角度(多个角度定位其姿态)。
在标定箱体11为四分之三结构的实施例中，所述标定箱体11的空间模型与鱼眼全景镜头的成像模型基本吻合，能够为校正软件提供高精度成像数据准确校正鱼眼畸变。
图7是本发明鱼眼全景镜头的标定装置较佳实施例的标定原理示意图；图8是图7中局部X的放大图。
鱼眼全景镜头的成像空间范围即阴影A区域(视角大于190°)，其中一部分为四分之三球形标定箱HC2的内部空间范围。双鱼眼全景镜头其单面镜头的视角球心O5与镜头模组中心O6并不重合，O5与O6距离一般小于15mm。四分之三球形标定箱其赤道位置设置于镜头模组O6位置上，标定箱的半径一般根据鱼眼全景镜头的景深设置在0.5m处或更大。在两个球面顶点f重合时，ed处为两球误差最大点。标定误差公式为：
在本发明较佳实施例中，所述标定箱体11一端为平面，一端为球面，其平面端开设有一开口，当进行鱼眼全景镜头的安装时，鱼眼全景镜头首先穿过所述开口，然后收容于标定箱体11的内部空间即收容槽。
所述开口与收容槽一体成型，其为圆形，直径等于标定箱体11靠***面端的内壁上相对应两点之间的距离。
而标定坐标图则包括：多个标定经线3、多个与所述标定经线3交错相织的标定纬线4，以及多个由所述标定经线3与标定纬线4交错相织而产生的第一检测坐标点5。
本发明借鉴人类为方便度量地球而设置的经线、纬线，设定了标定经线3及标定纬线4，不同的是，由于应用目的及领域不同，所以标定经线3和标定纬线4的密度并非一定如经线及纬线，此处可由本领域根据需要自行设定，本发明不做具体限定。第一检测坐标点5即为标定经线3及标定纬线4的交叉点，可以理解的是，每一标定经线3与所有的标定纬线4都有一第一检测坐标点5，因此，第一检测坐标点5的数量极多，可精确定位所拍摄照片某点的位置，根据经纬线交汇点坐标，计算机标定软件可自动检测并建立成像模型校正畸变参数，从而进一步地提高鱼眼全景镜头的标定精准性。
由于标定箱体11顶部(相当于地球南北极)的纬度为0，不存在第一检测坐标点5，为了使该点在进行鱼眼全景镜头标定时，也可提供精准的参考坐标，因此，标定坐标图还包括：对应于标定箱体11内侧顶点的第二检测坐标点。
在本发明进一步地较佳实施例中，所述第一检测坐标点5及第二检测坐标点，采用与标定经线3及标定纬线4皆不同的色彩进行标记。
如，标定经线3及标定纬线4皆采用黑色，而第一检测坐标点5及第二检测坐标点则采用橘红色，其目的是为了使第一检测坐标点5及第二检测坐标点更为方便查找定位。当然，标定经线3与标定纬线4也可以分别采用不同的色彩，本发明对此不做限定。
具体实施时，所述标定镜头固定冶具6包括：用于固定待标定鱼眼全景镜头的镜头模组固定冶具，所述镜头模组固定冶具下端连接有用于调整鱼眼全景镜头标定方位的六轴调节台7，所述六轴调节台7下端连接有用于调整六轴调节台7高度的升降台8，所述升降台8下端连接有用于承载升降台8的冶具承载台9，所述冶具承载台9固定连接于标定箱支架10。
由于镜头模组固定冶具、六轴调节台7、升降台8及冶具承载台9，并非本发明的重点，且为现有技术，本发明再此不再赘述。但须注意的是，在本发明中标定镜头固定治具优选采用可旋转180°的治具，这样两侧镜头都可通过标定坐标进行畸变校正。
所述标定箱支架10包括：与标定箱体11的平面端相平齐的固定板1，两个分别垂直连接于固定板1两侧的支撑框架，以及连接于两个支撑框架之间的连接杆；所述冶具承载台9垂直连接于所述连接杆，且上端贯穿至标定箱体11的内部空间。
优选所述固定板1与标定箱体11一体成型，以降低生产成本并提高标定箱体11的固定稳定性。
在本发明进一步地较佳实施例中，所述鱼眼全景镜头的标定装置还包括：内置于标定箱体11的内部空间靠***面端一侧的灯光***，所述灯光***包括：四个间隔设置于标定箱体11内壁上的LED灯管2。须注意的是，本发明所采用灯光***为反光式灯光布置，且在所有LED灯管2外侧皆设置有一弧形半透明灯罩，以进行均匀布光，所述弧形半透明灯罩的弧度足以使标定箱体11内部空间无灯影。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种鱼眼全景镜头的标定装置，包括：半球标定箱，其特征在于，所述半球标定箱向后延伸设置有一补偿标定箱，所述补偿标定箱与半球标定箱一体成型，形成用于收容鱼眼全景镜头的标定箱体；
所述补偿标定箱上任意轴心对称的两点，与半球标定箱球心所形成两个夹角中较大者不小于220°；
在所述标定箱体内壁上设置有用于为标定鱼眼全景镜头提供坐标参数的标定坐标图；
所述标定箱体下端固定连接有标定镜头固定冶具。
2.根据权利要求1所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述标定箱体为四分之三球型结构。
3.根据权利要求2所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述补偿标定箱背离半球标定箱一端开设有一开口，鱼眼全景镜头穿过所述开口后，收容于标定箱体的内部空间。
4.根据权利要求3所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述标定坐标图包括：
多个标定经线、多个与所述标定经线交错相织的标定纬线，以及多个由所述标定经线与标定纬线交错相织而产生的第一检测坐标点。
5.根据权利要求4所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述标定坐标图还包括：对应于标定箱体内侧顶点的第二检测坐标点；
所述第一检测坐标点及第二检测坐标点，均采用与标定经线及标定纬线皆不同的色彩进行标记。
6.根据权利要求2所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述鱼眼全景镜头的标定装置还包括：与所述标定箱体连接，用于固定标定箱体的标定箱支架。
7.根据权利要求6所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述标定镜头固定冶具包括：
用于固定待标定鱼眼全景镜头的镜头模组固定冶具，所述镜头模组固定冶具下端连接有用于调整鱼眼全景镜头标定方位的六轴调节台，所述六轴调节台下端连接有用于调整六轴调节台高度的升降台，所述升降台下端连接有用于承载升降台的冶具承载台，所述冶具承载台固定连接于标定箱支架。
8.根据权利要求7所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述标定箱支架包括：
与标定箱体的平面端相平齐的固定板，两个分别垂直连接于固定板两侧的支撑框架，以及连接于两个支撑框架之间的连接杆；
所述冶具承载台垂直连接于所述连接杆，且上端贯穿至标定箱体的内部空间。
9.根据权利要求2所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，所述鱼眼全景镜头的标定装置还包括：内置于标定箱体的内部空间靠***面端一侧的灯光***，所述灯光***包括：
四个间隔设置于标定箱体内壁上的LED灯管。
10.根据权利要求9所述的鱼眼全景镜头的标定装置，其特征在于，每个LED灯管外侧皆设置有一弧形半透明灯罩，以进行均匀布光，所述弧形半透明灯罩的弧度足以使标定箱体内部空间无灯影。
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