一种摄像机外参确定方法、装置及外参标定系统

技术领域

本申请涉及计算机软件技术领域，特别是涉及一种摄像机外参确定方法、装置及外参标定系统。

背景技术

在一些特定的应用场景下，必须通过获取摄像机的经纬度、高度、下倾角等空间参数来进一步确定该摄像机的拍摄范围。所以，对于摄像机空间参数的准确标定，对于应用效果具备至关重要的影响。

目前，对摄像机的标定还是需要依赖于人工采集摄像机的信息，但是对于需大量标定摄像机的情况下，采用采集的方式对摄像机进行标定，标定效率过低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种摄像机外参确定方法、装置及外参标定系统，以实现提高摄像机标定的效率过低的问题。具体技术方案如下：

在本申请的第一方面，提供了一种摄像机外参确定方法，所述方法包括：

获取参考物的真实尺寸、所述参考物在多个时刻所处的空间位置以及待标定摄像机在各所述时刻拍摄所述参考物得到的参考物图像；其中，所述参考物处于各所述空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面；

根据所述真实尺寸、各所述空间位置、所述待标定摄像机的内参以及各所述参考物图像中所述参考物的成像尺寸，确定所述待标定摄像机所处的目标位置；

根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定所述待标定摄像机的偏转角。

在一种可能的实现方式中，所述根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定所述待标定摄像机的偏转角，包括：

根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定相对夹角，其中，所述相对夹角为各所述空间位置相对所述待标定摄像机的方位与所述待标定摄像机的朝向之间的夹角；

根据各所述空间位置、所述目标位置，计算各所述空间位置相对所述待标定摄像机的方位与竖直方向的夹角，作为方位角；

根据所述相对夹角和所述方位角，确定所述待标定摄像机的偏转角。

在一种可能的实现方式中，所述根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定所述待标定摄像机的偏转角，还包括：

针对同一焦距，从同一空间位置处拍摄得到的成像尺寸中确定最大成像尺寸；

确定拍摄得到所述最大成像尺寸所属参考物图像时所述参考物所处的空间位置，作为正视空间位置；

根据所述正视空间位置、所述目标位置，确定所述待标定摄像机的偏转角。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述真实尺寸、各所述空间位置、所述待标定摄像机的内参以及各所述参考物图像中所述参考物的成像尺寸，确定所述待标定摄像机所处的目标位置，包括：

根据所述待标定摄像机的焦距、所述真实尺寸以及至少三个所述空间位置拍摄得到的参考图像中的所述成像尺寸，分别确定所述至少三个所述空间位置距离所述待标定摄像机之间的距离，作为各所述空间位置对应的物距；

确定距离所述至少三个空间位置中每个空间位置的距离为所述空间位置对应的物距的位置，作为所述待标定摄像机所处的目标位置。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述真实尺寸、各所述空间位置、所述待标定摄像机的内参以及各所述参考物图像中所述参考物的成像尺寸，确定所述待标定摄像机所处的目标位置，包括：

建立所述空间位置、所述参考物距离所述待标定摄像机之间的距离以及所述目标位置之间的理论对应关系；

根据所述理论对应关系，确定所述待标定摄像机的目标位置。

在本申请的第二方面，提供了一种摄像机外参确定装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取参考物的真实尺寸、所述参考物在多个时刻所处的空间位置以及待标定摄像机在各所述时刻拍摄所述参考物得到的参考物图像；其中，所述参考物处于各所述空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面；

目标位置确定模块，用于根据所述真实尺寸、各所述空间位置、所述待标定摄像机的内参以及各所述参考物图像中所述参考物的成像尺寸，确定所述待标定摄像机所处的目标位置；

偏转角确定模块，用于根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定所述待标定摄像机的偏转角。

在一种可能的实现方式中，所述偏转角确定模块，具体用于根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定相对夹角，其中，所述相对夹角为各所述空间位置相对所述待标定摄像机的方位与所述待标定摄像机的朝向之间的夹角；

根据各所述空间位置、所述目标位置，计算个所述空间位置相对所述待标定摄像机的方位与竖直方向的夹角，作为方位角；

根据所述相对夹角和所述方位角，确定所述待标定摄像机的偏转角。

所述偏转角确定模块，具体用于针对同一焦距，从同一空间位置处拍摄得到的成像尺寸中确定最大成像尺寸；

确定拍摄得到所述最大成像尺寸所属参考物图像时所述参考物所处的空间位置，作为正视空间位置；

根据所述正视空间位置、所述目标位置，确定所述待标定摄像机的偏转角；

所述目标位置确定模块，具体用于根据所述待标定摄像机的焦距、所述真实尺寸以及至少三个所述空间位置拍摄得到的参考图像中的所述成像尺寸，分别确定至少三个所述空间位置距离所述待标定摄像机之间的距离，作为各所述空间位置对应的物距；

确定距离所述至少三个空间位置中每个空间位置的距离为所述空间位置对应的物距的位置，作为所述待标定摄像机所处的目标位置。所述目标位置确定模块，具体用于建立所述空间位置、所述参考物距离所述待标定摄像机之间的距离以及所述目标位置之间的理论对应关系；

根据所述理论对应关系，确定所述待标定摄像机的目标位置。

在本申请的第三方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面所述的方法。

在本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一所述的系统。

在本申请的第五方面，提供了一种摄像机外参标定系统，其特征在于，所述系统包括：

载具设备、参考物、信息采集设备以及如第三方面所述的电子设备；

所述载具设备用于搭载所述参考物，并在待标定摄像机的视野范围内运动；

所述参考物处于各空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面；

所述信息采集设备用于在多个不同时刻采集所述参考物所处的空间位置，并将各所述空间位置和各所述时刻对应地发送至所述电子设备；

所述电子设备，用于接收所述参考物的真实尺寸、各所述空间位置、以及所述待标定摄像机在各所述时刻拍摄所述参考物得到的参考物图像，以实现如第一方面所述的方法。

本申请实施例有益效果：

本申请实施例提供的一种摄像机外参确定方法、装置及外参标定系统，可以通过获取参考物的真实尺寸、参考物的成像尺寸图像和待标定摄像机的内参，其中，参考物在各个空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面，在测量参考物的真实尺寸和成像尺寸时，只涉及到半径，即成像半径和真实半径，在后续需要将真实尺寸和成像尺寸对应起来时，只需将其半径进行对应即可，因此，可以在待标定摄像机所处的目标位置未知的情况下，建立真实尺寸和成像尺寸之间的对应关系。结合高斯成像定理可知，在待标定摄像机的内参已知的情况下，通过拍摄到的参考物图像，可以确定出目标位置距离各空间位置的距离。结合三点定位法则可以确定出目标位置，通过目标位置和参考物的空间位置以及各成像尺寸即可确定出待标定摄像机的偏转角。本申请中，仅需要参考物的真实尺寸、空间位置以及待标定摄像机的内参和待标定摄像机拍摄参考物图像，无需人工获取待标定摄像机的任何外参，即可计算得到待标定摄像机的外参进而实现对待标定摄像机的标定，提高了标定摄像机的效率。

当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1a为本申请实施例提供的一种摄像机外参标定系统的示意图；

图1b为本申请实施例提供的一种待标定摄像机的拍摄角度示意图；

图1c为本申请实施例提供的一种参考物示意图；

图1d为本申请实施例提供的一种摄像机成像原理示意图；

图2a为本申请实施例提供的一种摄像机外参确定方法流程示意图；

图2b为本申请实施例提供的一种摄像机成像距离原理示意图；

图2c为本申请实施例提供的一种摄像机外参确定方法原理示意图；

图3a为本申请实施例提供的一种摄像机相对夹角与偏转角的关系示意图；

图3b为本申请实施例提供的另一种摄像机外参确定方法流程示意图；

图3c为本申请实施例提供的一种摄像机水平偏角、垂直偏角示意图；

图4为本申请实施例提供的一种摄像机外参确定装置示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电子设备示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好地对本申请提供的摄像机外参确定方法进行说明，下面将先对摄像机外参标定系统进行说明，如图1a所示，所述系统包括：载具设备101、参考物102、信息采集设备103、电子设备104。其中，

载具设备101，用于搭载参考物，并在待标定摄像机的视野范围内运动。

载具设备可以是任意可以在待标定摄像机的视野范围内运动的设备，例如，车辆等。且在确定摄像机外参的过程中，载具设备上搭载的参考物的位置固定不变。

参考物102，本申请实施例中的参考物可以是在每个空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面。可以理解的是，若参考物的任意一面均为曲率半径大小相同的球面，即参考物为球体，则显然参考物在每个空间时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面，因此在本申请中，参考物可以为球体。

实际上受限制于拍摄角度，参考物的外表面上可能有一部分区域始终不会朝向待标定摄像机，因此该部分区域可以不是球面。为更清楚的进行说明，参见图1b所示，以参考物为坐标系，则待标定摄像机拍摄运动的参考物等价于待标定摄像机从不同位置拍摄静止的参考物，形成如图1b所示的示意图，由图1b可见，拍摄得到的参考物图像实际始终会有一部分无法拍摄到，即图1b中被方框框起来的阴影部分，该阴影部分的参考物表面即使不是球面，参考物在各空间位置时朝向待标定摄像机的面也仍然将是曲率半径大小相同的球面。

对于阴影部分的形状本申请实施例不做任何限定。示例性的，如图1b所示，参考物的阴影部分可以是球面，也可以如图1c所示，参考物的阴影部分是不规则。具体可以根据实际应用场景进行选择，本申请实施例中不做过多限定。

由于参考物在各空间位置处朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面，因此，在参考物的真实尺寸和成像尺寸时只涉及到半径，即真实半径和成像半径，在后续需要将真实尺寸和成像尺寸对应起来时，只需将其半径进行对应即可，无需考虑长、宽、高等会随着拍摄角度变化而发生变化的尺寸，进而在将真实尺寸和成像尺寸对应起来时，无需考虑参考物相对待标定摄像机的方位，因此，可以在待标定摄像机所处的目标位置未知的情况下，建立真实尺寸和成像尺寸之间的对应关系。结合高斯成像定理可知，在待标定摄像机的内参已知的情况下，真实尺寸和对应的成像尺寸之间的缩放比例取决于物距，即参考物距离待标定摄像机的距离。而参考物距离待标定摄像机之间的距离可以近似视为参考物所处的空间位置与目标位置之间的距离，因此，通过拍摄到的参考物图像，可以确定出目标位置距离各空间位置的距离。结合三点定位法可知，若已知目标位置距离任意三个不同空间位置的距离，则可以确定出目标位置。因此，通过本申请提供的摄像机外参标定系统能够在待标定摄像机的外参未知的情况下，标定待标定摄像机所处的目标位置。

信息采集设备103，用于在多个不同时刻采集参考物所处的空间位置，并将各空间位置和各时刻对应地发送至电子设备。

本申请实施例中的参考物的空间位置为参考物的经纬度。信息采集设备采集参考物的空间位置时，可以通过与参考物建立通信连接，实时接收发送的参考物所处的空间位置，也可以将信息采集设备安装在参考物上，实时采集参考物所处的空间位置，对于信息采集设备具体如何采集参考物的空间位置的方式，本申请实施例中并不做任何限定。

由于后续需要通过参考物的真实尺寸、参考物的空间位置、待标定摄像机的内参以及待标定摄像机在各时刻拍摄参考物得到的参考物图像确定待标定摄像机所处的目标位置，所以，需要将信息采集设备采集到的空间位置和待标定摄像机拍摄到的参考物图像对应起来，基于此，信息采集设备还需要将采集参考物的空间位置的采集时刻对应地发送给电子设备。

示例性的，假设在t1时刻采集参考物A的空间位置信息1(X1，Y1)。则将该空间位置信息1和t1时刻发送至电子设备。

电子设备104，用于根据参考物的真实尺寸、各空间位置、待标定摄像机的内参以及待标定摄像机在各时刻拍摄参考物得到的参考物图像，确定待标定摄像机所处的目标位置；并根据各空间位置、目标位置以及各成像尺寸，确定待标定摄像机的偏转角。

本申请实施例中，待标定摄像机的内参为可以用于计算参考物的真实尺寸和成像尺寸之间的大小关系的参数，可以为待标定摄像机的焦距、镜头放大倍率等。如图1d所示的待标定摄像机的成像原理，其中包括待标定摄像机110和参考物102，参考物距离待标定摄像机距离越远，则成像尺寸越小。参考物的真实尺寸和成像尺寸之间存在大小关系。待标定摄像机的外参为可以用于表示待标定摄像机的位置、高度以及拍摄角度的参数，例如，可以为待标定摄像机的经纬度、高度等。

待标定摄像机的内参以及待标定摄像机在各空间位置拍摄参考物得到的参考图像可以是通过待标定摄像机实时发送的，还可以是通过中间设备采集发送给待标定摄像机中，本申请实施例中对于如何获取待标定摄像机的内参以及待标定摄像机在各空间位置拍摄参考物得到的参考图像的方式不做任何限制，任何可以获取数据的方式均可应用于本申请实施例中。对于如何确定待标定摄像机的目标位置和偏转角的方式之后会详细说明，此处不作过多赘述。

在一种可能的实现方式中，由于后续需要将参考物的空间位置和参考物图像的数据进一一对应起来，即需要保证在获取参考物的空间位置和待标定摄像机拍摄的参考物图像为同一时刻，所以，可以预先将信息采集设备和待标定摄像机进行时钟信号同步，这样可以直接根据时刻将参考物的空间位置和参考物图像的数据进一一对应起来，进而提高计算待标定摄像机的外参的效率。

示例性的，假设获取参考物A的空间位置的信息采集设备和待标定摄像机a预先进行过时钟同步，则在t1时刻获取参考物的空间位置1，待标定摄像机a在t1时刻拍参考物A的图像为参考物图像1，则后续在计算待标定摄像机的目标位置时，直接通过t1时刻获取的空间位置1和参考物图像1计算即可。

在一种可能的实现方式中，为了进一步提高计算待标定摄像机的外参的计算效率。信息采集设备还可以以多元组的形式将各空间位置和各时刻发送至电子设备，其中，每个多元组中包括：空间位置，采集到空间位置的时刻。

示例性的，假设在t1时刻获取参考物A的空间位置1(X1，Y1),则可以将时刻t1和空间位置1作为多元组的形式发送至电子设备。即以(X1，Y1，t1)的形式发送至电子设备。

下面将对申请实施例提供的一种摄像机外参确定方法进行说明，如图2a所示，该方法包括：

S201、获取参考物的真实尺寸、参考物在多个时刻所处的空间位置以及待标定摄像机在各时刻拍摄参考物得到的参考物图像，其中，参考物处于各空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面。

S202、根据真实尺寸、各空间位置、待标定摄像机的内参以及各参考物图像中参考物的成像尺寸，确定待标定摄像机所处的目标位置。

S203、根据各空间位置、目标位置以及各成像尺寸，确定待标定摄像机的偏转角。

本申请实施例中，通过获取参考物的真实尺寸、参考物的成像尺寸图像和待标定摄像机的内参，其中，参考物在各个空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面，在测量参考物的真实尺寸和成像尺寸时，只涉及到半径，即成像半径和真实半径，在后续需要将真实尺寸和成像尺寸对应起来时，只需将其半径进行对应即可，因此，可以在待标定摄像机所处的目标位置未知的情况下，建立真实尺寸和成像尺寸之间的对应关系。结合高斯成像定理可知，在待标定摄像机的内参已知的情况下，通过拍摄到的参考物图像，可以确定出目标位置距离各空间位置的距离。结合三点定位法则可以确定出目标位置，通过目标位置和参考物的空间位置以及各成像尺寸即可确定出待标定摄像机的偏转角。本申请中，仅需要参考物的真实尺寸、空间位置以及待标定摄像机的内参和待标定摄像机拍摄参考物图像，通过信息采集设备的采集参考物的真实尺寸和待标定摄像机采集到的参考物的图像数据以及待标定摄像机的参数信息来确定待标定摄像机的目标位置和偏转角。本申请实施例中，通过参考物、参考物的图像确定出参考物到待标定摄像机之间的位置、大小之间的对应关系，然后基于该对应关系，确定出待标定摄像机的目标位置和偏转角，无需人工获取待标定摄像机的任何外参，即可计算得到待标定摄像机的外参进而实现对待标定摄像机的标定，提高了标定摄像机的效率。

下面对S201-S203进行详细描述：

在S201中，获取参考物在多个时刻所处的空间位置以及待标定摄像机在各时刻拍摄参考物得到的参考物图像的方式如前关于摄像机外参标定系统的相关描述所述，在此不作过多赘述。

参考物的真实尺寸可以是由技术人员提前存储在信息采集设备中，也可以在计算过程中，技术人员实时测量得到，然后将其上传至信息采集设备中，本申请实施例中对于如何获取参考物的真实尺寸的方式不做过多限制。

而参考物的形状可以参考图1b或1c所示，可以是球体也可以是不规则的形状，只要是满足各空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面即可。

在一种可能的实现方式中，上述S202具体为：

S2021、根据待标定摄像机的焦距、真实尺寸以及至少三个空间位置拍摄得到的参考图像中的成像尺寸，分别确定至少三个空间位置距离待标定摄像机之间的距离，作为各空间位置对应的物距。

如图2b所示，待标定摄像机中的参考物成像尺寸和参考物的真实尺寸具有相似性，且满足公式：

其中，

即，

其中，R为参考物的真实半径，r为参考物的成像半径，L为参考物到待标定摄像机的实际距离，即物距，l为基于待标定摄像机焦距计算得到的待标定摄像机镜头到成像图像的距离，f为待标定摄像机的焦距。

本实施例中，由于参考物的真实尺寸和成像尺寸满足上述公式，并且针对同一待标定摄像机，在获取到待标定摄像机的内参后，可以通过上述公式计算得到参考物到待标定摄像机的实际距离L。当待标定摄像机的焦距为定焦时，上述公式中的f为固定值，当待标定摄像机的焦距为变焦时，上述公式中的f为在该空间位置处拍摄参考物图像时的具体焦距值。

示例性的，假设参考物A在空间位置1拍摄得到的成像尺寸分别为r1，由于针对同一参考物的真实尺寸相同，所以，假设参考物A的真实尺寸为R，待标定摄像机的此时的焦距为f1，则可以得到：

计算得到

假设参考物A在空间位置2拍摄得到的成像尺寸分别为r2，待标定摄像机的此时的焦距为f2，则可以得到：

/>

计算得到

假设参考物A在空间位置3拍摄得到的成像尺寸分别为r3，待标定摄像机的此时的焦距为f3，则可以得到：

计算得到

S2022、将同时满足至少三个距离与所述物距的距离相同的位置作为所述待标定摄像机所处的目标位置。

本实施例中，根据三点定位法可知，若已知目标位置距离任意三个不同空间位置的距离，则可以确定出目标位置。所以可以至少随机选取在三个空间位置处拍摄得到的同一参考物的成像尺寸，然后基于该成像尺寸，确定出至少三个物距，然后基于该至少三个物距唯一确定出距离至少三个空间位置中每个空间位置的距离为该空间位置对应的物距的位置即为该待标定摄像机的目标位置。

下面以获取参考物A的三个空间位置拍摄得到的三个成像尺寸为例，来对如何确定待标定摄像机的目标位置的方式进行说明。

首先，假设参考物A在空间位置1拍摄得到的成像尺寸为r1，则计算得到的物距为L1，假设参考物A在空间位置2拍摄得到的成像尺寸为r2，则计算得到的物距为L2，假设参考物A在空间位置3拍摄得到的成像尺寸为r3，则计算得到的物距为L3，，参考物A在空间位置1处的经纬度为(X1，Y1)，在空间位置2处的经纬度为(X2，Y2)，在空间位置3处的经纬度为(X3，Y3)，则待标定摄像机与参考物A之间的水平距离d1、d2、d3和待标定摄像机的经纬度(x，y)之间的关系满足以下公式：

其中，R

参见图2c可知，参考物位于平面XOY上，参考物到待标定摄像机之间的距离，即物距为L，待标定摄像机的高度为H，以及待标定摄像机到参考物的水平距离之间的距离为d，且L、H、d之间满足直角三角形的勾股定理。即d

根据上述参考物A在三个不同空间位置可以得到的参考物A到待标定摄像机的距离L1、L2、L3，以及勾股定理可以得到：

/>

联立上述(1)、(2)即可计算得到待标定摄像机的经纬度(x，y)和高度H。

由于L1、L2、L3可以通过步骤S2021计算得到，且三组数据中的H相同，所以可以计算得到待标定摄像机的经纬度(x，y)和高度H。具体计算过程可以通过将实际获取的数据带入上述公式(1)、(2)进行计算：

联立(1)、(2)可得

下面以L1为例，描述计算过程，通过上述步骤S2021可以计算得到L1，则等式

{R

而求解上述方程组的方式可以基于应用场景不同而不同。例如，可以通过数值计算方式，求解出x，y，H的具体数值。还可以通过线性关系求解得到x，y，H的线性表达式，还可以通过数学建模，建立模型求解。本申请对求解上述方程组的具体方式并不做任何限定。

在一种可能的实现方式中，还可以提前根据公式，将各个参数之间的理论对应关系计算出来，然后再根据实际的测量值，带入理论对应关系之后，直接计算得到待标定摄像机的经纬度(x，y)和高度H。具体包括：

S2021a、建立空间位置、参考物距离待标定摄像机之间的距离以及目标位置之间的理论对应关系。

S2022a、根据理论对应关系，确定待标定摄像机的目标位置。

通过上述S2021-S2022可知，

d＝R

其中，R

由高斯成像定理可知：

其中，R为参考物的真实半径，r为参考物的成像半径，L参考物到待标定摄像机的实际距离，f为待标定摄像机的焦距。

结合勾股定理有：d

其中，L为参考物到待标定摄像机之间的距离，H为待标定摄像机的高度，d为待标定摄像机到参考物的水平距离之间的距离。

通过上述公式可以得到

将获取到的同一参考物的至少在三个空间位置拍摄得到的该参考物的参考图像中的成像尺寸，参考物的真实尺寸和待标定摄像机的焦距带入上述公式，即可计算得到待标定摄像机的经纬度(x，y)和高度H。

在一种可能的实现方式中，上述S203具体为：

S2031、根据各空间位置、目标位置以及各成像尺寸，确定相对角度，其中，相对角度为各空间位置相对待标定摄像机的的方位与待标定摄像机的朝向之间的夹角。

可以理解的是，根据空间位置和目标位置按照图像坐标到空间坐标的转换关系，可以将参考物转换至相机坐标系下，从而基于真实尺寸得到成像尺寸。根据高斯成像定理可知，该转换关系取决于待标定摄像机的焦距、所处目标位置、参考物所处的空间位置、空间位置相对待标定摄像机的方位与待标定摄像机的朝向之间的相对夹角。

在待标定摄像机的焦距、目标位置、空间位置已知的情况下，成像尺寸可以视为随相对夹角变化而变化的变量，反之，相对夹角也能够视为随成像尺寸变化而变化的变量，因此，可以根据真实的成像尺寸反推出相对夹角。任何可以计算得到本申请实施例中的相对夹角的方式均可应用于本申请中，对于如何计算得到相对夹角的具体方法本申请不做任何限定。

S2032、根据各空间位置、目标位置，计算各空间位置相对待标定摄像机的的方位与熟知方向的夹角，作为方位角。

本步骤中，如图3a所示，为了便于描述，将待标定摄像机的目标位置标注为A点，参考物的空间位置标注为B点，以待标定摄像机的垂直点处作为坐标原点0，建立空间直角坐标系，其中，AB为待标定摄像机的实际拍摄方向，即拍摄参考物A时的拍摄方向，AC为待标定摄像机的正向拍摄角度，即摄像机轴线上的拍摄方向。

由待标定摄像机的实际拍摄方向上，原点O、点A、点B可以构成一个三角形，其中线段OB在平面XOY上，线段AO在平面YOZ上，所以∠AOB为直角，三角形AOB为直角三角形，其中线段AO的距离即为待标定摄像机的高度H，线段AB的距离即为待标定摄像机到参考物的物距，∠β即为基于获取的数据计算得到的待标定摄像机的方位角。通过前述步骤可以计算得到线段AO和线段AB的实际距离，则

S2033、根据相对夹角和方位角，确定待标定摄像机的偏转角。

本步骤中，可以随机选取同一参考物在至少两个空间位置的空间位置和该空间位置对应的待标定摄像机的目标位置，确定出待标定摄像机的偏转角。已知∠θ和∠β都可以计算得到，通过两个空间位置即可确定出相对角度在方位角的具体位置，如果相对夹角在方位角的上方，则待标定摄像机的偏转角∠OAC＝∠β-∠θ；如果相对夹角在方位角的下方，则待标定摄像机的偏转角∠OAC＝∠β+∠θ。

在待标定摄像机拍摄参考物得到的参考物图像过程中，会存在一定的视角偏差的原因，导致通过拍摄参考物时的拍摄角度存在一定的偏差，即会有相对夹角出现，而当存在相对夹角时，如果待标定摄像机的焦距一定，相对夹角越大，则在同一空间位置处拍摄得到的成像尺寸越小。如果参考物的空间位置在待标定摄像机的拍摄角度线(待标定摄像机的轴线)上，则拍摄得到的成像尺寸相较于存在相对夹角的情况下的尺寸越大，即，当相对夹角为0°时，在同一空间位置，同一焦距下待标定摄像机拍摄的参考物图像的成像尺寸最大。

在一种可能的实现方式中，为了使得获取到的成像尺寸是在待标定摄像机的轴线上拍摄得到的，可以选取成像尺寸最大的数据进行计算，将同一焦距下，同一空间位置处拍摄得到的最大成像尺寸用于计算待标定摄像机的偏转角，这样无需计算相对夹角即可得到待标定摄像机的偏转角。提高了计算偏转角的计算效率。如图3b所示，上述步骤S203具体可以为：

S2034、针对同一焦距，从同一空间位置处拍摄得到的成像尺寸中确定最大成像尺寸。

S2035、将确定拍摄得到最大成像尺寸所属参考物图像时所述参考物所处的空间位置，作为正视空间位置。

S2036、根据正视空间位置、目标位置，确定待标定摄像机的偏转角。

本申请实施例中，上述S2034-S2036中确定待标定摄像机的目标位置上述S201-S203相类似，在此不作过多赘述。

由于针对同一焦距，同一空间位置得到的最大成像尺寸为在待标定摄像机的轴线上拍摄得到的，故，待空间位置相对待标定摄像机的方位与待标定摄像机的朝向之间的相对夹角为0°。则待标定摄像机的偏转角即为通过上述S2032计算得到的∠β。

由此可知，当成像尺寸为同一焦距，同一空间位置处拍摄得到的最大成像尺寸时，待标定摄像机的下倾角β的大小为：

其中，L为待标定摄像机到参考物的距离，即物距，H为待标定摄像机的高度。

本申请实施例中，当成像尺寸为最大成像尺寸时，正视空间位置相对目标位置在垂直方向上的方位角，为待标定摄像机的垂直偏转角；

正视空间位置相对目标位置在水平方向上的方位角，为待标定摄像机的水平偏转角。

基于待标定摄像机、参考物到待标定摄像机的距离，结合三角关系以及世界坐标系(其中，X轴指向东，Y轴指向北，其中，水平偏角为水平旋转角度α，垂直偏角为下倾角β)。如图2c所示，待标定摄像机的水平旋转角度为图2c中的∠α，垂直偏角为图2c中的∠β。计算∠β的方式前述步骤S201-S203已经进行描述，在此不做过多赘述。

下面针对水平旋转角度∠α的计算方式进行描述：如图3c所示，右侧的即从XOY平面上观察得到的待标定摄像机的水平偏角，基于上述计算得到的待标定摄像机的经纬度(x，y)和参考物的经纬度(X，Y)，以待标定摄像机为坐标原点，可以得到参考物相对待标定摄像机的相对位置(x1，y1)，其中x1＝X-x，y1＝Y-y则水平旋转角度

对应于本申请提供的一种摄像机外参确定方法，本申请还提供了一种摄像机外参确定装置，如图4所示，所示装置包括：

获取模块401，用于获取参考物的真实尺寸、所述参考物在多个时刻所处的空间位置以及待标定摄像机在各所述时刻拍摄所述参考物得到的参考物图像；其中，所述参考物处于各空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面；

目标位置确定模块402，用于根据所述真实尺寸、各所述空间位置、所述待标定摄像机的内参以及各所述参考物图像中所述参考物的成像尺寸，确定所述待标定摄像机所处的目标位置；

偏转角确定模块403，用于根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定所述待标定摄像机的偏转角。

在一种可能的实施例中，所述偏转角确定模块403，具体用于根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定相对夹角，其中所述相对夹角为各所述空间位置相对所述待标定摄像机的方位与所述待标定摄像机的朝向之间的夹角；

根据各所述空间位置、所述目标位置，计算各所述空间位置相对所述待标定摄像机的的方位与竖直方向的夹角，作为方位角；

根据所述相对夹角和所述方位角，确定所述待标定摄像机的偏转角。

在一种可能的实施例中，所述偏转角确定模块403，用于针对同一焦距，从同一空间位置处拍摄得到的成像尺寸中确定最大成像尺寸；

确定拍摄得到所述最大成像尺寸所属参考物图像时所述参考物所处的空间位置，作为正视空间位置；

根据所述正视空间位置、所述目标位置，确定所述待标定摄像机的偏转角；

在一种可能的实现方式中，所述目标位置确定模块402，具体用于根据所述待标定摄像机的焦距、所述真实尺寸以及至少三个所述空间位置拍摄得到的参考图像中的所述成像尺寸，分别确定至少三个所述空间位置距离所述待标定摄像机之间的距离，作为各所述空间位置对应物距；确定距离所述至少三个空间位置中每个空间位置的距离为所述空间位置对应的物距的位置，作为所述待标定摄像机所处的目标位置。

所述目标位置确定模块402，具体用于建立所述空间位置、所述参考物距离所述待标定摄像机之间的距离以及所述目标位置之间的理论对应关系；

根据所述理论对应关系，确定所述待标定摄像机的目标位置。

本申请实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括:

存储器501，用于存放计算机程序；

处理器502，用于执行存储器501上所存放的程序时，实现如下步骤：

获取参考物的真实尺寸、所述参考物在多个时刻所处的空间位置以及待标定摄像机在各所述时刻拍摄所述参考物得到的参考物图像；其中，所述参考物处于各所述空间位置时朝向待标定摄像机的面为曲率半径大小相同的球面；

根据所述真实尺寸、各所述空间位置、所述待标定摄像机的内参以及各所述参考物图像中所述参考物的成像尺寸，确定所述待标定摄像机所处的目标位置；

根据各所述空间位置、所述目标位置以及各所述成像尺寸，确定所述待标定摄像机的偏转角。

并且上述电子设备还可以包括通信总线和/或通信接口，处理器502、通信接口、存储器501通过通信总线完成相互间的通信。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一摄像机外参确定方法的步骤。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一摄像机外参确定方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。