一种摄像头内参验证方法

技术领域

本发明涉及摄像头内参验证技术领域，具体地，涉及一种摄像头内参验证方法。

背景技术

摄像头内参是指摄像头的内部参数，也称为相机内部参数。它描述了摄像头的光学特性和成像几何关系，包括焦距、主点坐标、畸变等，可以用来进行图像的校正、三维重建等计算，是计算机视觉和图像处理中的基础参数，对于准确分析和处理图像数据具有重要的作用。

通常，在标定摄像头内参后，还需要进行内参的验证，以分析内参的准确性并修正，在现有技术中，通常是在一个宽敞的场地中，将摄像头的入瞳中心与两个目标点之间的距离约20米，两个目标点之间的距离约10米，让两目标点水平或垂直成像在摄像头不同的视野区域，提取两目标点的角点坐标(亚像素)，根据内参值及摄像头入瞳中心与目标点的距离，计算出两目标点的距离，比较计算出的两目标点间的距离与实测距离的差异，用于判断内参的准确性。

由于这种测试方式所需要的场地面积较大，因此这种测试方式不仅成本更高，且适用范围小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种摄像头内参验证方法，包括：

S1，设置多个固定的平行光管，多个平行光管至少包括第一平行光管、第二平行光管及第三平行光管，并将摄像头转动放置在第一平行光管正下方，以摄像头转动中心为原点建立坐标系，第一平行光管位于Z轴并朝下设置，第二平行光管位于Z-Y平面并与第一平行光管相邻设置，且与第一平行光管之间具有夹角β，第三平行光管位于Z-X平面并与第一平行光管相邻设置，且与第一平行光管之间具有夹角δ，每个平行光管内置图卡，图卡具有十字鞍点；

其中第一平行光管正对摄像头，且第二平行光管及第三平行光管朝向摄像头，摄像头沿X轴及Y轴转动；

S2，沿X轴和/或Y轴转动摄像头N次，每次转动时，多个平行光管都分别在摄像头的有效成像面上不同位置成像，并标记每个光管成像中十字鞍点的在摄像头有效成像面的像坐标，记录N组数据，其中，N≥1；

S3，将每组数据中所标记的十字鞍点的像坐标结合摄像头内参值计算平行光管入射方向L；

S4，每组数据中，计算平行光管入射方向L之间的夹角，得出入射方向L的夹角计算值，将夹角计算值与平行光管夹角的实际值进行比对，得出夹角差异值，通过夹角差异值验证摄像头内参值的准确性。

根据本发明的一实施方式，S1中，可设置随摄像头同步转动的倾角仪，摄像头与第一平行光管正对时，倾角仪处于水平状态，还包括：

S11，调整摄像头，使倾角仪的读数位于零位M0(x0，y0)；

S12，转动摄像头，使用倾角仪测定各平行光管之间实际的精确夹角数据。

根据本发明的一实施方式，S12包括：

S121，倾角仪处于零位时，第一平行光管在摄像头有效成像面上成像，记录该成像的十字鞍点像坐标a；

S122，沿X轴转动摄像头，使第二平行光管在摄像头有效成像面上成像，得到该成像的十字鞍点像坐标b，并使得像坐标b与像坐标a重合，记录倾角仪读数M1(x1，y1)，将读数M1(x1，y1)带入总倾角计算公式，得出的总倾角P1即为第一平行光管与第二平行光管之间实际夹角β的精确值；

S123，将摄像头转动至初始点，沿Y轴转动摄像头，使第三平行光管在摄像头有效成像面上成像，得到该成像的十字鞍点像坐标c，并使得像坐标c与像坐标a重合，记录倾角仪读数M2(x2，y2)，将读数M2(x2，y2)代入总倾角计算公式，得出的总倾角P2即为第三平行光管与第一平行光管之间实际夹角δ的精确值。

根据本发明的一实施方式，S122及S123中，总倾角计算公式为：

其中，x、y分别为倾角仪读数中，倾角仪绕X轴、Y轴旋转后相对于X-Y平面的倾斜角度。

根据本发明的一实施方式，S2中，每组数据都包括第一平行光管、第二平行光管、第三平行光管分别在摄像头有效成像面成像，每个光管所成像的十字鞍点像坐标分别为K1、K2、K3，步骤S3中，将像坐标K1、K2、K3分别结合摄像头内参值计算得出第一平行光管、第二平行光管及第三平行光管的入射方向L1、L2及L3。

根据本发明的一实施方式，S4包括：

S41，根据第一平行光管、第二平行光管的入射方向L1、L2计算第一平行光管与第二平行光管之间的夹角，得出第一平行光管与第二平行光管夹角的计算值，并对比总倾角P1，得出夹角的计算值与总倾角P1的差值D1，并依上述方式，记录每组数据中，第一平行光管与第二平行光管夹角的计算值与总倾角P1的差值D1；

S42，根据第一平行光管、第三平行光管的入射方向L1、L3计算第一平行光管与第三平行光管之间的夹角，第一平行光管与第三平行光管夹角的计算值，并对比其总倾角P2，得出夹角的计算值与总倾角P2的差值D2，并依上述方式，记录每组数据中，第一平行光管与第三平行光管夹角的计算值与总倾角P2的差值D2；

根据本发明的一实施方式，S41还包括：

S411，结合各组数据中差值D1计算差值D1的平均值。

根据本发明的一实施方式，S42还包括：

S421，结合各组数据中差值D2计算差值D2的平均值。

根据本发明的一实施方式，还包括S5，S5包括：每组数据中，平行光管相对于摄像头的实际入射方向为L’，记录摄像头每次转动时，实际入射方向L’的方向变化，并通过摄像头内参值以及各平行光管在摄像头有效成像面上成像的坐标值，计算出平行光相对于入射方向L的方向变化，并判断该方向变化与实际平行光入射方向L’的方向变化是否一致。

本申请中，通过采用平行光管模拟距离的无限远，并成像到摄像头有效成像面，结合摄像头内参及成像的十字鞍点像坐标计算相邻两个平行光管之间的夹角，并对比其实际夹角，实现摄像头内参值准确性的验证，不仅极大地减小了试验场地大小，减小了场地成本，同时有效地提高了摄像头内参验证的适用性及便捷性。

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为实施例一中摄像头内参验证装置结构示意图；

图2为实施例一中转动机构与平行机构结构示意图之一；

图3为实施例一中本例中转动机构与平行机构结构示意图之二；

图4为实施例一中本例中转动机构与平行机构结构示意图之三；

图5为实施例一中承载部爆炸结构示意图；

图6为实施例二中摄像头内参验证方法的流程图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一：参阅图1-图4，图1为实施例一中摄像头内参验证装置结构示意图，图2为实施例一中转动机构与平行机构结构示意图之一，图3为实施例一中本例中转动机构与平行机构结构示意图之二，图4为实施例一中本例中转动机构与平行机构结构示意图之三。本例中的一种摄像头内参验证装置，包括：机架1、转动机构2及平行光机构3，其中，转动机构2包括转动部21及承载部22，转动部21安装于机架1上，承载部22设于转动部21，转动部21可带动承载部22围绕A-A轴及B-B轴旋转。

平行光机构3包括支架31及平行光部32，平行光部32包括悬架321、第一平行光管322、第二平行光管323及第三平行光管324，支架31与转动部21相邻设于机架1上，悬架321位于承载部22上方并悬挂于支架31，第一平行光管322一端固定于悬架321，另一端朝向承载部22并与承载部22正对，以转动机构2的转动中心为原点建立坐标系，第二平行光管323沿X方向与第一平行光管322相邻设置，其一端固定于悬架321，另一端朝向承载部22，第二平行光管323于第一平行光管322之间具有夹角β，第三平行光管324沿Y轴方向与第一平行光管322相邻设置，其一端固定于悬架321，另一端朝向承载部22，第三平行光管324与第一平行光管322之间具有夹角δ。具体地，每个平行光管中都设置有图卡(图未示)，其中，夹角β及夹角δ的角度相等。其中，A-A轴与Y轴重合，B-B轴与X轴重合。

工作时，将待测试的摄像头放置于承载部22，在初始状态下，转动机构2处于水平状态，此时摄像头与第一平行光管322正对，且于Z方向上处于同一直线，摄像头将第一平行光管322、第二平行光管323及第三平行光管324内图卡成像在有效成像面内，并记录一组图卡十字鞍点的像坐标，转动机构2转动使得摄像头在不同角度进行取样，使得平行光管在摄像头有效成像面的不同位置成像，分别记录多组十字鞍点的像坐标，使用所记录的十字鞍点的像坐标与摄像头的内参值计算第二平行光管323与第一平行光管322的夹角、第三平行光管324与第一平行光管322的夹角，并将计算的结果对比实际的夹角β及夹角δ的偏差，即可验证摄像头内参值的准确性。

此外，由于当摄像头转动一定角度时，平行光管相对摄像头的方向与通过像点坐标及内参计算出的方向是有差异的，差异程度反映了内参的准确性，因此也可通过平行光管在成像平面上成像点的像坐标结合摄像头内参计算出平行光管的方向，并对比实际平行光管的方向，得出成像点在成像面上偏移的方向及大小，可进一步反应内参的准确性，值得注意的是，由于本例中的平行光管皆为固定角度，当摄像头旋转时，平行光管之间的角度是一致的，因此摄像头相对平行光管的外参是一致的，因此可进一步简化计算，提高准确性。

即本例中，通过采用平行光管模拟距离的无限远，并成像到摄像头有效成像面，通过结合摄像头内参及成像的十字鞍点像坐标计算相邻两个平行光管之间的夹角，并对比其实际夹角，实现摄像头内参值准确性的验证，或通过平行光管在成像平面上成像点的像坐标结合摄像头内参计算出平行光管的方向，并对比实际平行光管的方向，得出成像点在成像面上偏移的方向及大小，因此，通过使用本例中的摄像头内参验证装置对摄像头内参进行验证，不仅极大地减小了试验场地大小，减小了场地成本，同时有效地提高了摄像头内参验证的适用性及便捷性。

复阅图1-图4，进一步地，转动机构2还包括倾角仪23，倾角仪23与承载部22相邻设于转动部21，倾角仪23用于显示摄像头的偏移量及偏移方向。具体实施时，倾角仪23可采用现有技术中的电子倾角仪。为了更进一步提高检测的精确性，进行测试前，将转动机构2调整至水平状态，使得摄像头与第一平行光管322正对，且于Z方向上处于同一直线，且倾角仪23的读数处于零位(精度在0.005°内)，此时，使第一平行光管322成像在摄像头有效成像面，而后转动机构2转动，使得摄像头沿B-B轴旋转，使第二平行光管323成像在摄像头有效成像面，且第二平行光管323成像的十字鞍点与第一平行光管322成像的十字鞍点重合，此时读取倾角仪23的读数，该读数即为第一平行光管322与第二平行光管323之间实际的精确夹角，同理，转动机构2恢复初始位置后，再次使得摄像头沿A-A轴旋转，第三平行光管324成像在摄像头有效成像面上，以获取第三平行光管324与第一平行光管322之间实际的精确夹角，本处不再赘述，如此，可有效地提高摄像头内参验证的精度及准确性。

复阅图1-图4，进一步地，转动部21包括安装立板211、第一转动部212及第二转动部213，安装立板211固定于机架1上，第一转动部212沿Y方向设于安装立板211，第二转动部213沿X方向设于第一转动部212，其中，B-B轴为第一转动部212的旋转中心轴，A-A轴为第二转动部213的旋转中心轴，B-B轴与A-A轴位于同一高度且相互垂直，A-A轴与B-B轴相交于A-B点，该A-B点即为转动机构2的旋转中心点，且A-B点还与坐标系原点重合，承载部22及倾角仪23皆设于第二转动部213，承载部22一端延伸至A-A轴及B-B轴所在高度，当摄像头置于承载部22，摄像头入瞳中心点与A-B点重合，如此，在转动机构2使摄像头转动时，摄像头入瞳中心始终位于转动机构2的旋转中心点上，有效地消除外部自由度，简化计算步骤，减小数据误差。

复阅图1-图4，具体地，第一转动部212包括第一驱动件2121及第一U形板2122，第一驱动件2121固定于安装立板211的一面，其驱动端穿过安装立板211露出于安装立板211另一面，第一U形板2121连接于第一驱动件2121的驱动端，第二转动部213转动连接于第一U形板2121，其中，第一U形板2122包括第一底板21221及两个第一侧板21222，第一底板21221连接于第一驱动件2121的驱动端，两个第一侧板21222垂直设于第一底板21221的两端，第二转动部213转动连接于两个第一侧板21222。具体实施时，第一驱动件2121可选用伺服电机，工作时，在第一驱动件2121的驱动下，第一U形板2122围绕B-B轴旋转，从而带动第二传动部22及承载部23沿B-B轴旋转，使得摄像头的入瞳中心沿B-B轴旋转。

进一步地，第二传动部213包括第二驱动件2131及第二U形板2132，第二驱动件2131设于其中一个第一侧板21222外壁，其驱动端穿过第一侧板21222露出于第一侧板21222内壁，第二U形板2132位于两个第一侧板21222之间，其转动连接于两个第一侧壁21222并与第二驱动件2131的驱动端传动连接，其中，第二U形板2132包括第二底板21321及两个第二侧板21322，两个第二侧板21322转动连接于两个第一侧板21222，其中一个第二侧板21322还与第二驱动件2131的驱动端传动连接，第二底板21321两端分别连接于两个第二侧板21322的一端，承载部22及倾角仪23相邻设于第二底板21321上。具体实施时，第二驱动件2131亦可采用伺服电机，使用时，第二驱动件2131驱动U形板2132沿A-A轴旋转，从而带动承载部23沿A-A轴旋转，实现设摄像头入瞳中心沿A-A轴旋转。

参阅图5，复阅图1-图4，图5为实施例一中承载部爆炸结构示意图。进一步地，承载部22包括底座221、固定夹持板222及活动夹持组件223，底座221固定于第二底板21321上，固定夹持板222固定于底座221的一端，活动夹持组件223活动设于底座221另一端，其与固定夹持板222之间形成夹持空间，活动夹持组件223靠近或远离固定夹持板222时，夹持空间对应减小或增大。

具体地，活动夹持组件223包括活动夹持板2231及调节杆组件2232，底座221另一端具有凸台2211，凸台2211贯穿设有内螺纹孔22111，活动夹持板2231活动设于底座221上，并位于固定夹持板222及凸台2211之间，调节杆组件2232位于凸台2211背向固定夹持板222的一侧，其一端穿过内螺纹孔22111后转动连接于活动夹持板2231，调节杆组件2232具有外螺纹。

其中，调节杆组件2232包括调节杆22321及调节件22322，调节件22322位于底座221外侧且固定于调节杆22321的一端，调节杆22321另一端穿过内螺纹孔22111并与活动夹持板2231连接，本例中，调节杆22321为螺杆，调节件22322为小型手轮。使用时，将摄像头放置在夹持空间，转动调节杆组件2232，调节杆组件2232则将活动夹持板2231朝向固定夹持板222推动，并将摄像头夹紧在夹持空间中，如此，当转动机构2发生转动时，摄像头不会产生歪斜或脱落，避免对测试结果造成影响，提高产品使用的稳定性。

优选地，沿Y轴方向，底座221的上表面上开设有导向槽2212，对应地，活动夹持板2231底部设有导向块22311，导向块22311滑动设于导向槽2212内，当调节组件2232驱动活动夹持板2231与底座221表面滑动时，导向块22311则沿导向槽2212运动，从而确保活动夹持板2231沿直线运动，消除其水平方向的偏移，提高夹持的稳定性。

综上，本例中，通过采用平行光管模拟距离的无限远，并成像到摄像头有效成像面，通过结合摄像头内参及成像的十字鞍点像坐标计算相邻两个平行光管之间的夹角，并对比其实际夹角，实现摄像头内参值准确性的验证，或通过平行光管在成像平面上成像点的像坐标结合摄像头内参计算出平行光管的方向，并对比实际平行光管的方向，得出成像点在成像面上偏移的方向及大小，因此，通过使用本例中的摄像头内参验证装置对摄像头内参进行验证，不仅极大地减小了试验场地大小，减小了场地成本，同时有效地提高了摄像头内参验证的适用性及便捷性。

实施例二：参阅图6，复阅图1-图5，S1，图6为实施例二中摄像头内参验证方法的流程图。本例中的摄像头内参验证方法，可以基于实施例一中的摄像头内参验证装置来实现，其中，一种摄像头内参验证方法包括：设置多个固定的平行光管，多个平行光管至少包括第一平行光管322、第二平行光管323及第三平行光管324，并将摄像头转动放置在第一平行光管322正下方，以摄像头转动中心为原点建立坐标系，第一平行光管322位于Z轴并朝下设置，第二平行光管323位于Z-Y平面并与第一平行光管322相邻设置，且与第一平行光管322之间具有夹角β，第三平行光管324位于Z-X平面并与第一平行光管322相邻设置，且与第一平行光管322之间具有夹角δ，每个平行光管内置图卡，图卡具有十字鞍点，其中，第一平行光管322正对摄像头，且第二平行光管323及第三平行光管324朝向摄像头，摄像头沿X轴及Y轴转动。

S2，沿X轴和/或Y轴转动摄像头N次，每次转动时，多个平行光管都分别在摄像头的有效成像面上不同位置成像，并标记每个光管成像中十字鞍点的在摄像头有效成像面的像坐标，记录N组数据，其中，N≥1。

S3，将每组数据中所标记的十字鞍点的像坐标结合摄像头内参值计算平行光管入射方向L；

S4，每组数据中，计算平行光管入射方向L之间的夹角，得出入射方向L的夹角计算值，将夹角计算值与平行光管夹角的实际值进行比对，得出夹角差异值，通过夹角差异值验证摄像头内参值的准确性，具体地，与零差值对比，该夹角差异值的大小即反应了摄像头内参值的准确性，夹角差异值越小则表明摄像头内参值误差越小，及摄像头内参值越准确，反之，夹角差异值大则表明摄像头内参值误差越大。

其中，在S1中，多个固定的平行光管可以使用实施例一中平行光机构3，摄像头可置于实施例一中转动机构2，且摄像头置于转动机构2时，此时，摄像头坐标系与转动机构2的坐标系相重合，摄像头的转动中心位转动机构2的转动中心上，优选地，摄像头转动中心为摄像头的入瞳中心，以提高转动精度。

进一步地，S1中，可设置随摄像头同步转动的倾角仪，摄像头与第一平行光管322正对时，倾角仪处于水平状态。

其中，S1包括：

S11，使用转动机构2调整摄像头，使倾角仪的读数位于零位M0(x0，y0)；

S12，使用转发机构2转动摄像头，使用倾角仪测定各平行光管之间实际夹角的千分位精确值。

具体地，在S12中，还包括：

S121，倾角仪处于零位时，第一平行光管322在摄像头有效成像面上成像，记录该成像的十字鞍点像坐标a；

S122，沿X轴转动摄像头，使第二平行光管323在摄像头有效成像面上成像，得到该成像的十字鞍点像坐标b，并使得像坐标b与像坐标a重合，记录倾角仪读数M

S123，将摄像头转动至初始点，沿Y轴转动摄像头，使第三平行光管324在摄像头有效成像面上成像，得到该成像的十字鞍点像坐标c，并使得像坐标c与像坐标a重合，记录倾角仪读数M

如此，利用倾角仪的千分位精度，计算出个平行光管实际的千分位精确夹角数值，有利于提高夹角误差值的计算精度，从而提高内参验证的精确性。

而S122及S123中，总倾角计算公式为：

其中，x、y分别为倾角仪读数中，倾角仪绕X轴、Y轴旋转后相对于X-Y平面的倾斜角度。

通过上述方式得出总倾角P

S4包括：

S41，根据第一平行光管322、第二平行光管323的入射方向L

其中，S41还包括S411，S411中，结合N组数据中，各种数据中的差值D

S42，根据第一平行光管322、第三平行光管324的入射方向L

如此，即可完成对摄像头内参准确性的验证。

可以理解的是，在上述过程中，仅能够得出摄像头在每次旋转后，各平行光管之间的夹角计算值与夹角的实际时的角度差，而在摄像头每次旋转时，各平行光管相对于摄像头的所在方向会相应的改变，也即随着摄像头旋转，平行光管对应摄像头的实际入射方向发生相应的改变，因此，为了进一步验证摄像头内参的准确性，还可通过S5进行进一步验证，S5包括：每组数据中，各平行光管实际入射方向为L’，摄像头旋转时，在各种数据中记录各平行光相对于摄像头入射方向L’的方向变化，并通过摄像头内参值以及各平行光管在摄像头有效成像面上成像的坐标值K，计算出平行光相对于入射方向L的方向变化与实际平行光入射方向L’的方向变化，并判断方向变化是否一致，同理，方向变化偏差越小则表明摄像头内参值越准确，进而进一步验证摄像头内参值的准确性。

综上，本例中，通过采用平行光管模拟距离的无限远，并成像到摄像头有效成像面，结合摄像头内参及成像的十字鞍点像坐标计算相邻两个平行光管之间的夹角，并对比其实际夹角，实现摄像头内参值准确性的验证，不仅极大地减小了试验场地大小，减小了场地成本，同时有效地提高了摄像头内参验证的适用性及便捷性。

上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。