CN114299167A - 一种变焦镜头的单目标定方法、***、装置和介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种变焦镜头的单目标定方法、***、装置和介质，其中，该方法包括：通过在变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；根据第一数量的预设焦长，构建模型拟合相机的相机内参和畸变参数；根据单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得模型的拟合系数；在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过拟合系数求得相机在实际焦长下的相机内参和畸变参数，通过本申请，解决了变焦镜头在连续变焦的情况下需要进行多次单目标定导致的低效问题，实现了变焦镜头在连续变焦过程中能直接获得任意焦长下精确的相机内参和畸变参数，从而缩减工程上对相机标定的时间。

Description

一种变焦镜头的单目标定方法、***、装置和介质

技术领域

本申请涉及计算机视觉领域，特别是涉及一种变焦镜头的单目标定方法、***、装置和介质。

背景技术

目前在工业上使用变焦镜头的场合众多，通过相机精确获得被测物的位姿，需要利用相机在各个焦长上的精确对焦来得到相应的相机内参和镜头畸变参数。

通常情况下，获得相机内参和镜头畸变参数，需要在具体项目中先将变焦镜头调整到具体的某个焦长，固定变焦环，再进行单目标定。由此可见，相机在通过变焦镜头获取被测物位姿时，在变焦镜头的不同焦长下，需要进行对应多次单独的单目标定，在工程进度上需要耗费更多的时间。

目前针对相关技术中变焦镜头在连续变焦的情况下需要进行多次单目标定导致的低效问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种变焦镜头的单目标定方法、***、装置和介质，以至少解决相关技术中安装变焦镜头的相机在不同焦长下需要多次单目标定导致的低效问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种变焦镜头的单目标定方法，所述方法包括：

在所述变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；

根据所述第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合所述相机的相机内参；

根据所述第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数；

根据所述单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得所述线性方程和所述多项式方程的拟合系数；

在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过所述拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数。

在其中一些实施例中，根据所述第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合所述相机的相机内参包括：

将所述第一数量的预设焦长分成第二数量的预设焦长区间，对每段所述预设焦长区间构建线性方程拟合所述相机的相机内参。

在其中一些实施例中，根据所述第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数包括：

将所述第一数量的预设焦长分成第二数量的预设焦长区间，对每段所述预设焦长区间构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数。

在其中一些实施例中，根据所述单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得所述线性方程和所述多项式方程的拟合系数包括：

根据单目标定结果，得到每段预设焦长区间的相机内参和畸变参数的实测值；

采用线性最小二乘法，求出所述线性方程拟合的相机内参、多项式方程拟合的畸变参数与所述实测值的距离的平方和，并在所述距离的平方和最小的条件下得到每段所述预设焦长区间的拟合系数。

在其中一些实施例中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过所述拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数包括：

从所述第二数量的预设焦长区间中，确定变焦镜头调节的实际焦长所在的实际焦长区间；

通过所述实际焦长区间的拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数。

在其中一些实施例中，对每个预设焦长下的相机进行单目标定包括：

在每个预设焦长下通过相机获取包含已知尺寸标定板的若干图像，使用张正友标定法进行单目标定，得到每个预设焦长下相机的相机内参和畸变参数。

在其中一些实施例中，所述第一焦长为所述变焦镜头的最小变焦焦长，所述第二焦长为所述变焦镜头最大变焦焦长。

第二方面，本申请实施例提供了一种变焦镜头的单目标定***，所述***包括实测标定模块、系数拟合模块和工程应用模块；

所述实测标定模块用于在所述变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；

所述系数拟合模块用于根据所述第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合所述相机的相机内参；根据所述第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数；根据所述单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得所述线性方程和所述多项式方程的拟合系数；

所述工程应用模块用于在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过所述拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的变焦镜头的单目标定方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的变焦镜头的单目标定方法。

相比于相关技术，本申请实施例提供的一种变焦镜头的单目标定方法、***、装置和介质，通过在变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；根据第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合相机的相机内参，以及构建多项式方程拟合相机的畸变参数；根据单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得线性方程和多项式方程的拟合系数；在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过拟合系数求得相机在实际焦长下的相机内参和畸变参数，解决了变焦镜头在连续变焦的情况下需要进行多次单目标定导致的低效问题，实现了变焦镜头在连续变焦过程中能直接获得任意焦长下精确的相机内参和畸变参数，从而大大缩减工程上对相机标定的时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的变焦镜头的单目标定方法的步骤流程图；

图2是根据本申请实施例的确定实际焦长区间的示意图；

图3是根据本申请实施例的变焦镜头的单目标定***的结构框图；

图4是根据本申请实施例的电子设备的内部结构示意图。

附图说明：31、实测标定模块；32、系数拟合模块；33、工程应用模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本申请实施例提供了一种变焦镜头的单目标定方法，图1是根据本申请实施例的变焦镜头的单目标定方法的步骤流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S102，在变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；

具体地，对于变焦范围为第一焦长（f1，最小变焦焦长）到第二焦长（f2，最大变焦焦长）的变焦镜头，将其安装在相机上后，在f1和f2之间均匀地取第一数量固定的预设焦长；

在每个预设焦长下通过相机获取包含已知尺寸标定板的若干图像，使用张正友标定法进行单目标定，即通过针孔相机模型：

求得每个预设焦长下相机的相机内参（f_x,f_y,c_x,c_y）；

通过畸变模型：

求得每个预设焦长下相机的畸变参数（k₁,k₂,k₃,p₁,p₂）。

可选地，内参标定也可采用Tsai栅格法。

步骤S104，根据第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合相机的相机内参；

具体地，将第一数量的预设焦长分成第二数量的预设焦长区间，对每段预设焦长区间构建线性方程拟合相机的相机内参。如构建线性方程ax+by+1=0，其中，x表示镜头目前所处的焦长，y表示相机内参（f_x,f_y,c_x,c_y）4个参数中一个；

通过方程拟合相机的相机内参，求得每段预设焦长区间的4组系数 [a，b]₄。

步骤S106，根据第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合相机的畸变参数；

具体地，将第一数量的预设焦长分成第二数量的预设焦长区间，对每段预设焦长区间构建多项式方程拟合相机的畸变参数。如构建五元二次多项式模型：

其中，k₁、k₂、k₃、p₁、p₂分别表示畸变参数（k₁,k₂,k₃,p₁,p₂）；

通过方程拟合相机的畸变参数，求得每段预设焦长区间的1组系数[c]₁₅。

可选地，在步骤S104和步骤S106中，可采用其他模型进行参数关于焦长的函数拟合，如使用二次多项式的形式整体表述9个参数（相机内参和畸变参数），使其成为一个9维曲面拟合的问题。具体的拟合算法有多种，在此便不一一赘述。

步骤S108，根据单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得线性方程和多项式方程的拟合系数；

具体地，根据单目标定结果，得到每段预设焦长区间的相机内参和畸变参数的实测值；

采用线性最小二乘法，求出线性方程拟合的相机内参、多项式方程拟合的畸变参数与实测值的距离的平方和，并在距离的平方和最小的条件下得到每段预设焦长区间的拟合系数。

如通过以下公式，使得任意焦长的实际参数值到系数所拟合的直线和曲面上的距 离的平方和最小。

其中，

为焦长i所在的预设焦长区间内第j个内参对应的线性方程，

为焦 长i的第j个内参的实测值，函数f()表示求点到直线的距离；

为焦长i所在的预设焦长 区间内第k个畸变参数对应的多项式方程，

为焦长i的第k个畸变参数的实测值，函数g() 表示求点到曲面的距离。

最终得到每段预设焦长区间对应的满足上述平方和最小的拟合系数。

步骤S110，在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过拟合系数求得相机在实际焦长下的相机内参和畸变参数。

具体地，在实际工程作业过程中，从第二数量的预设焦长区间中，确定变焦镜头频繁调节的实际焦长所在的实际焦长区间；

通过实际焦长区间的拟合系数求得相机在实际焦长下的相机内参和畸变参数。

优选地，图2是根据本申请实施例的确定实际焦长区间的示意图，如图2所示，可以先确认各个预设焦长区间的中点，从若干中点中选出最接近实际焦长的中点，该中点所在的预设焦长区间为实际焦长区间；

通过实际焦长区间的拟合系数求得相机在实际焦长下的相机内参和畸变参数。

通过本申请实施例中的步骤S102至步骤S110，解决了变焦镜头在连续变焦的情况下需要进行多次单目标定导致的低效问题，实现了变焦镜头在连续变焦过程中能直接获得任意焦长下精确的相机内参和畸变参数，从而大大缩减工程上对相机标定的时间。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请实施例提供了一种变焦镜头的单目标定***，图3是根据本申请实施例的变焦镜头的单目标定***的结构框图，如图3所示，该***包括实测标定模块31、系数拟合模块32和工程应用模块33；

实测标定模块31用于在变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；

系数拟合模块32用于根据第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合相机的相机内参；

系数拟合模块32用于根据第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合相机的畸变参数；

系数拟合模块32用于根据单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得线性方程和多项式方程的拟合系数；

工程应用模块33用于在实际工程作业过程中，根据变焦镜头频繁调节的实际焦长，通过拟合系数求得相机在实际焦长下的相机内参和畸变参数。

通过本申请实施例中的实测标定模块31、系数拟合模块32和工程应用模块33，解决了变焦镜头在连续变焦的情况下需要进行多次单目标定导致的低效问题，实现了变焦镜头在连续变焦过程中能直接获得任意焦长下精确的相机内参和畸变参数，从而大大缩减工程上对相机标定的时间。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

另外，结合上述实施例中的变焦镜头的单目标定方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种变焦镜头的单目标定方法。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种变焦镜头的单目标定方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

在一个实施例中，图4是根据本申请实施例的电子设备的内部结构示意图，如图4所示，提供了一种电子设备，该电子设备可以是服务器，其内部结构图可以如图4所示。该电子设备包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作***、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作***和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种变焦镜头的单目标定方法，数据库用于存储数据。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变焦镜头的单目标定方法，其特征在于，所述方法包括：

在所述变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；

根据所述第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合所述相机的相机内参；

根据所述第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数；

根据所述单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得所述线性方程和所述多项式方程的拟合系数；

在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过所述拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合所述相机的相机内参包括：

将所述第一数量的预设焦长分成第二数量的预设焦长区间，对每段所述预设焦长区间构建线性方程拟合所述相机的相机内参。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数包括：

将所述第一数量的预设焦长分成第二数量的预设焦长区间，对每段所述预设焦长区间构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得所述线性方程和所述多项式方程的拟合系数包括：

根据单目标定结果，得到每段预设焦长区间的相机内参和畸变参数的实测值；

采用线性最小二乘法，求出所述线性方程拟合的相机内参、多项式方程拟合的畸变参数与所述实测值的距离的平方和，并在所述距离的平方和最小的条件下得到每段所述预设焦长区间的拟合系数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过所述拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数包括：

从所述第二数量的预设焦长区间中，确定变焦镜头调节的实际焦长所在的实际焦长区间；

通过所述实际焦长区间的拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个预设焦长下的相机进行单目标定包括：

在每个预设焦长下通过相机获取包含已知尺寸标定板的若干图像，使用张正友标定法进行单目标定，得到每个预设焦长下相机的相机内参和畸变参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一焦长为所述变焦镜头的最小变焦焦长，所述第二焦长为所述变焦镜头最大变焦焦长。

8.一种变焦镜头的单目标定***，其特征在于，所述***包括实测标定模块、系数拟合模块和工程应用模块；

所述实测标定模块用于在所述变焦镜头的第一焦长和第二焦长范围内均匀选取出第一数量的预设焦长，对每个预设焦长下的相机进行单目标定；

所述系数拟合模块用于根据所述第一数量的预设焦长，构建线性方程拟合所述相机的相机内参；根据所述第一数量的预设焦长，构建多项式方程拟合所述相机的畸变参数；根据所述单目标定的结果，通过线性最小二乘法求得所述线性方程和所述多项式方程的拟合系数；

所述工程应用模块用于在实际工程作业过程中，根据变焦镜头调节的实际焦长，通过所述拟合系数求得所述相机在所述实际焦长下的相机内参和畸变参数。

9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头的单目标定方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头的单目标定方法。

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