一种双目3D摄像头的设计方法、计算机可读介质及控制系统

【技术领域】

本发明涉及摄像头技术领域，特别涉及一种双目3D摄像头的设计方法、计算机可读介质及控制系统。

【背景技术】

目前，市场上大部分手或者平板等移动设备都有两个或者多个摄像头，长焦、短焦、广角、黑白或者红外摄像头等其中的一个或者多个搭配主摄像头来使用，这些摄像头排布方式比较随意，这些决定了这种情况下的两个或者多个摄像头无法提供高质量的3D视频图像。

【发明内容】

为解决现有两个或者多个摄像头无法提供高质量的3D视频图像的问题，本发明提供了一种双目3D摄像头的设计方法、计算机可读介质及控制系统。

本发明解决技术问题的方案是提供一种双目3D摄像头的设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤S10：获取两个摄像头；步骤S20：对两个摄像头分别进行单目标定，获得对应参数并存储记录；步骤S30：同时对两个摄像头进行双目标定，获得对应参数并存储记录；及步骤S40：对两个摄像头进行校准封装得到双目3D摄像头。

优选地，所述两个摄像头为两个相同的RGB摄像头。

优选地，所述两个摄像头包括第一摄像头和第二摄像头，所述步骤S20具体包括：步骤S201：对第一摄像头进行单目标定，得到第一摄像头的内参数、外参数和畸变参数并存储记录；步骤S202：对第二摄像头进行单目标定，得到第一摄像头的外内参数、外参数和畸变参数并存储记录。

优选地，在步骤S30中，对所述第一摄像头和所述第二摄像头进行双目标定，获得所述第一摄像头和所述第二摄像头之间的旋转矩阵、平移向量和重映射矩阵并存储记录。

优选地，采用AA校准方式对两个摄像头进行校准，所述步骤S40具体包括：步骤S401：将两个摄像头嵌在AA支架上；步骤S402：对两个摄像头进行AA校准至同一水平面；步骤S403：对两个摄像头进行封装得到双目3D摄像头。

优选地，在步骤S20和步骤S30中的存储记录采用OTP。

优选地，在步骤S40之后进一步包括：步骤S41：对双目3D摄像头进行补强。

本发明为解决上述技术问题还提供一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述的双目3D摄像头的设计方法。

本发明为解决上述技术问题还提供一种双目3D摄像头的控制系统，所述控制系统包括：单目标定参数存储模块，用于存储记录对两个摄像头分别进行单目标定时获得对应参数；双目标定参数存储模块，用于存储记录对两个摄像头进行双目标定时获得对应参数；控制模块，用于调用单目标定参数存储模块和双目标定参数存储模块中的参数以完成图像处理。

优选地，所述单目标定参数存储模块包括：第一摄像头参数存储子模块，用于存储记录对第一摄像头进行单目标定时得到第一摄像头的外参数、内参数和畸变参数；第二摄像头参数存储子模块，用于存储记录对第二摄像头进行单目标定时得到第二摄像头的外参数、内参数和畸变参数。

与现有技术相比，本发明的一种双目3D摄像头的设计方法、计算机可读介质及控制系统具有以下优点：

1、本发明的双目3D摄像头的设计方法，首先，获取两个摄像头，对两个摄像头分别进行单目标定，获得对应参数并存储记录，同时对两个摄像头进行双目标定，获得对应参数并存储记录，然后对两个摄像头进行校准封装得到双目3D摄像头，通过存储记录两个摄像头的参数，再按照人体仿生学原理校准封装，使两个摄像头在后期视频图像采集时可调用存储的参数进行协同动作，从而得到高质量的3D视频图像，解决现有两个或者多个摄像头无法提供高质量的3D视频图像的问题。另外，也可以单独调用某一个摄像头的参数，这样也可以提供普通的摄像功能。

2、本发明的双目3D摄像头的设计方法采用两个相同的RGB摄像头，可以非常精确地采集彩色图像，使本设计方法获得的双目3D摄像头所呈现的图像效果更佳。

3、本发明的双目3D摄像头的设计方法采用AA校准方式对两个摄像头进行校准，通过校准，使两个摄像头根据参数做到更好的排布，而且将两个摄像头校准到同一水平面上更有利于封装，封装后不会出现物理误差。

4、本发明的双目3D摄像头的设计方法在存储记录参数时采用OTP，成本低，实用性强，而且调取参数准确。

5、本发明的双目3D摄像头的设计方法对双目3D摄像头进行补强，通过补强，本发明的双目3D摄像头的设计方法获得的双目3D摄像头更便于存储和运输，在安装时不易变形导致失准，进一步增强实用性。

6、本发明还提供一种计算机可读介质和双目3D摄像头的控制系统，具有与上述双目3D摄像头的设计方法相同的有益效果，在此不做赘述。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的一种双目3D摄像头的设计方法的步骤流程图一。

图2是本发明第一实施例提供的一种双目3D摄像头的设计方中步骤S20的步骤流程图。

图3是本发明第一实施例提供的一种双目3D摄像头的设计方中步骤S40的步骤流程图。

图4是本发明第一实施例提供的一种双目3D摄像头的设计方法的步骤流程图二。

图5是本发明第三实施例提供的一种双目3D摄像头的控制系统的结构示意图。

附图标识说明：

50、控制系统；51、单目标定参数存储模块；52、双目标定参数存储模块；53、控制模块；

511、第一摄像头参数存储子模块；512、第二摄像头参数存储子模块。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“左上”、“右上”、“左下”、“右下”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种双目3D摄像头的设计方法，包括如下步骤：

步骤S10：获取两个摄像头；

步骤S20：对两个摄像头分别进行单目标定，获得对应参数并存储记录；

步骤S30：同时对两个摄像头进行双目标定，获得对应参数并存储记录；及

步骤S40：对两个摄像头进行校准封装得到双目3D摄像头。

通过存储记录两个摄像头的参数，再按照人体仿生学原理校准封装，使两个摄像头在后期视频图像采集时可调用存储的参数进行协同动作，从而得到高质量的3D视频图像，解决现有两个或者多个摄像头无法提供高质量的3D视频图像的问题。另外，也可以单独调用某一个摄像头的参数，这样也可以提供普通的摄像功能。

可选地，两个摄像头可以采用普通摄像头或RGB摄像头，具体地，在本发明实施例中，采用2个相同RGB摄像头，具有相同的参数和性能，2个相同RGB摄像头可以独立的分别输出各自的图像信息，通过RGB摄像头可以非常精确地采集彩色图像，使本设计方法获得的双目3D摄像头所呈现的图像效果更佳。

可选地，对两个摄像头的单目标定和双目标定可采用传统相机标定法、相机自标定法中的一种，具体地，在本发明实施例中，采用相机自标定法，先将两个摄像头各拍摄获取一张设定距离的标定模板的图像，在两个摄像头拍得的标定模板图像中，通过图像处理算法提取圆心所在的像素位置，基于该标定图像，计算两个摄像头各自的焦距，获取两个摄像头对应参数的初始值，基于Levenberg-Marquardt优化算法，对两个摄像头参数值进行优化，得到精确的双目摄像头标定参数，计算设定距离时该两个摄像头的相对位置参数。

请参阅图2，进一步地，两个摄像头包括第一摄像头和第二摄像头，步骤S20具体包括：

步骤S201：对第一摄像头进行单目标定，得到第一摄像头的内参数、外参数和畸变参数并存储记录；

步骤S202：对第二摄像头进行单目标定，得到第一摄像头的内参数、外参数和畸变参数并存储记录。

可以理解地，内参数包括光心位置、等效焦距及像素信息等，其中，像素信息包括x方向和y方向的一个像素分别占多少长度单位，即一个像素代表的实际物理值的大小，以及图像的中心像素坐标和图像原点像素坐标之间相差的横向和纵向像素数。

可以理解地，外参数包括旋转参数和平移参数。

可以理解地，畸变参数包括径向畸变系数和切向畸变系数。

具体地，在本发明实施例中，采用OTP对内参数、外参数和畸变参数进行存储记录。

进一步地，在步骤S30中，对第一摄像头和第二摄像头进行双目标定，获得第一摄像头和第二摄像头之间的旋转矩阵、平移向量和重映射矩阵并存储记录。

可以理解地，旋转矩阵、平移向量是摄像头的外参数，描述摄像头在参照坐标系的空间位置。

具体地，在本发明实施例中，采用OTP对旋转矩阵、平移向量和重映射矩阵进行存储记录。

综上，可以理解地，第一摄像头、第二摄像头单目标定初始值设定可根据空间一个3D点(可为实心圆圆心或被摄场景中的特征点)在参照坐标系的齐次坐标和该点在摄像头拍照所得的像素齐次坐标来确定，根据基于小孔成像的投影模型，标定模板圆心按投影关系投影到图像上，得到对应的成像像素点的坐标参数。旋转矩阵、平移向量是摄像头的外参数，描述摄像头在参照坐标系的空间位置。

可以理解地，在摄像头生产的过程中，在光学镜头和成像芯片耦合组装时，要求图像的主点离成像芯片中心点不超出一定像素范围，基于此事实，双目摄像头在参照坐标系内的空间位置初始值可以根据摄像头相对于标定模板的位置及双目摄像头的类型来预估，以手机双目摄像头模组为例，由于两个摄像头光轴近似平行，相对旋转矩阵的初始值设定为单位矩阵径向畸变参数和切向畸变参数初始值一般设定为零。

可以理解地，摄像头的标定参数，应使得所有空间点(例如标定模板上圆心或被摄场景特征点)的重投影误差的平方和最小，此时该投影模型最准确地描述了这个景深深度该摄像头的光学成像投影过程。故可用Levenberg-Marquardt(列文伯格-马夸尔特)算法进行优化，若干个迭代以后，当迭代的误差小于一个预设的阈值时，优化迭代结束，求得的结果，经过该非线性优化得到的双目摄像头标定参数更精确。

可以理解地，两个摄像头进行双目标定时，两个摄像头分别进行单目相机的标定以后，两个摄像头相对于同一个平面标定模板的位置已知，通过两个摄像头不同的空间位置坐标参数可以推算出两个摄像头本身的相对位置。

可以理解地，对于两个光轴平行的双目摄像头，在摄像头生产的过程中，左、右摄像头耦合组装时，要求两个光轴的偏差不超出一定角度范围。理想情况下，摄像头镜头沿光轴方向移动，在垂直于光轴的平面上偏移很小。基于此，标定参数焦距的变化由摄像头在光轴方向的位移量决定，从而不同距离对应的焦距参数其比例关系固定。

可以理解地，根据镜头光学设计，对于不同景深，镜头的径向畸变有小幅变化。每个景深距离对应的畸变曲线固定，从而不同距离间的径向畸变参数也存在一个近似的线性比例关系。镜头的切向畸变主要由镜头的偏心和倾斜引起，以手机镜头为例，镜片组装时要求偏心及倾斜控制在很小的范围内，实际镜头的切向畸变一般很小(接近于零)，基于此，可以假定不同距离间的切向畸变参数保持一致。

请参阅图3，采用AA校准方式对两个摄像头进行校准，步骤S40具体包括：

步骤S401：将两个摄像头嵌在AA支架上；

步骤S402：对两个摄像头进行AA校准至同一水平面；

步骤S403：对两个摄像头进行封装得到双目3D摄像头。

可以理解地，将两个摄像头嵌在AA支架上，通过AA制程工艺将两个摄像头进行AA校准至同一水平面，此时用于标定的x、y轴处在同一水平面，通过AA制具让两个摄像头的光轴平行或者汇聚同一点上进行封装得到双目3D摄像头，通过校准，使两个摄像头根据参数做到更好的排布，而且将两个摄像头校准到同一水平面上更有利于封装，封装后不会出现物理误差。

请参阅图4，进一步地，在步骤S40之后进一步包括：

步骤S41：对双目3D摄像头进行补强。

可以理解地，封装后的3D摄像头在存储、运输、安装过程中易受到压迫，导致两个摄像头错位而不是在同一水平面上，所以需要对的双目3D摄像头进行补强，具体地，在本发明实施例中，采用加装补强钢板的方式进行补强。

本发明第二实施例提供一种计算机可读介质，计算机可读介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的双目3D摄像头的设计方法。

根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务端上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

请参阅图5，本发明的第三实施例提供一种双目3D摄像头的控制系统50，控制系统50包括：

单目标定参数存储模块51，用于存储记录对两个摄像头分别进行单目标定时获得对应参数；

双目标定参数存储模块52，用于存储记录对两个摄像头进行双目标定时获得对应参数；

控制模块53，用于调用单目标定参数存储模块和双目标定参数存储模块中的参数以完成图像处理。

可以理解地，控制模块53与单目标定参数存储模块51、双目标定参数存储模块52信号连接，控制模块53可以单独调取单目标定参数存储模块51中的数据，也可以同时调取单目标定参数存储模块51和双目标定参数存储模块52中的数据，当控制模块53接收外部指令需要普通摄像时，控制模块53仅需调取单目标定参数存储模块51中的数据进行图像处理；当控制模块53接收外部指令需要3D摄像时，控制模块53同时调取单目标定参数存储模块51和双目标定参数存储模块52中的数据进行图像处理。

进一步地，单目标定参数存储模块51包括：

第一摄像头参数存储子模块，用于存储记录对第一摄像头进行单目标定时得到第一摄像头的外参数、内参数和畸变参数；

第二摄像头参数存储子模块，用于存储记录对第二摄像头进行单目标定时得到第二摄像头的外参数、内参数和畸变参数。

可以理解地，当控制模块53接收外部指令需要普通摄像时，可以单独调取第一摄像头参数存储子模块或第二摄像头参数存储子模块中的数据进行图像处理，此时为单摄像头拍摄；或者，可以同时调取第一摄像头参数存储子模块和第二摄像头参数存储子模块中的数据进行图像处理，此时为双摄像头拍摄。

与现有技术相比，本发明的一种双目3D摄像头的设计方法、计算机可读介质及控制系统具有以下优点：

1、本发明的双目3D摄像头的设计方法，首先，获取两个摄像头，对两个摄像头分别进行单目标定，获得对应参数并存储记录，同时对两个摄像头进行双目标定，获得对应参数并存储记录，然后对两个摄像头进行校准封装得到双目3D摄像头，通过存储记录两个摄像头的参数，再按照人体仿生学原理校准封装，使两个摄像头在后期视频图像采集时可调用存储的参数进行协同动作，从而得到高质量的3D视频图像，解决现有两个或者多个摄像头无法提供高质量的3D视频图像的问题。另外，也可以单独调用某一个摄像头的参数，这样也可以提供普通的摄像功能。

2、本发明的双目3D摄像头的设计方法采用两个相同的RGB摄像头，可以非常精确地采集彩色图像，使本设计方法获得的双目3D摄像头所呈现的图像效果更佳。

3、本发明的双目3D摄像头的设计方法采用AA校准方式对两个摄像头进行校准，通过校准，使两个摄像头根据参数做到更好的排布，而且将两个摄像头校准到同一水平面上更有利于封装，封装后不会出现物理误差。

4、本发明的双目3D摄像头的设计方法在存储记录参数时采用OTP，成本低，实用性强，而且调取参数准确。

5、本发明的双目3D摄像头的设计方法对双目3D摄像头进行补强，通过补强，本发明的双目3D摄像头的设计方法获得的双目3D摄像头更便于存储和运输，在安装时不易变形导致失准，进一步增强实用性。

6、本发明还提供一种计算机可读介质和双目3D摄像头的控制系统，具有与上述双目3D摄像头的设计方法相同的有益效果，在此不做赘述。

以上对本发明实施例公开的一种双目3D摄像头的设计方法、计算机可读介质及控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。