一种基于增强现实的相机标定图像采集方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于增强现实的相机标定图像采集方法及装置，能够在提高标定图像的质量的同时，降低标定板位姿控制的复杂度和硬件成本，广泛适用于各种三维面形测量系统的参数标定。所述方法包括：通过相机拍摄多附标定图像，并在拍摄多附标定图像的过程中，基于标定图像控制点的平均灰度对相机参数进行调整，和/或基于图像融合和色彩标示对标定板位姿调整进行引导。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增强现实的相机标定图像采集方法及装置
本专利技术涉及计算机视觉和三维测量
，尤其涉及一种基于增强现实的相机标定图像采集方法及装置。
技术介绍
目前，计算机视觉与三维测量技术发展迅猛，新应用层出不穷。以三维面形测量为例，一般采用相机和结构光投影部件作为系统的硬件平台，在使用前需要对其进行系统参数标定，其中相机标定是其中重要一环。相机成像的本质是完成从真实三维空间到二维图像空间的变换。对图像采集系统的描述是通过相机参数来表达的。相机标定就是求取这些相机参数从而建立三维空间点到二维像素点的映射关系。文献[1]公开的基于平面标定板的相机标定方法因成本低、操作简单、标定精度高的优点，获得了产业界的一致认可。在这种方法中，平面标定板上控制点(如圆斑的圆心)的提取精度、控制点的数量与空间分布是影响相机标定精度的关键因素(文献[2]、[3])。控制点的数量在平面标定板制作过程中已经确定。在标定图像采集过程中，标定图像的质量和标定板的位姿对控制点的提取精度和空间分布有重要影响。标定图像中标定板不宜过暗也不宜过曝，其中控制点所在图像区域的灰度范围要处于合理的灰度区间，这是标定图像质量的一个重要指标，它影响着控制点的提取精度。标定板的位姿决定着控制点的空间分布，优良的控制点空间分布要求对标定板的位姿进行适当控制，已提出的主要控制方法为使用机械臂控制标定板的摆放[4]和使用标定板支架[5]对标定板的摆放进行约束，这两种方法均有效，但机械臂的方案成本非常高，不利于产业化推广；以标定板支架为基础的板位姿控制方式还需要提供标定板支架的支撑方案，携带和使用并不方便，标定板支架本身的位姿也需要准确确定，另外这种标定板支架还需要针对具体三维面形测量仪器的测量空间大小和标定要求来设计，不够灵活、不够方便、成本较高。总之，上述方式的各自特点限制了应用场景的范围。文献[1]：Z.Zhang.Aflexiblenewtechniqueforcameracalibration(一种灵活的摄像机校准新技术).IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence(IEEE模式分析与机器智能研究会刊)，22(11)：1330–1334，November2000.文献[2]：袁铭，苏显渝，刘晓青.影响摄像机标定精度的因素分析[J].光学与光电技术，2010，08(4)：18-21.文献[3]：ZhangZ.FlexibleCameraCalibrationbyViewingaPlanefromUnknownOrientations[C](通过从未知方向查看平面来灵活地进行摄像机校准)//TheProceedingsoftheSeventhIEEEInternationalConferenceonComputerVision(第七届IEEE计算机视觉国际会议论文集).IEEE，2002：666-673vol.1.文献[4]：太仓中科信息技术研究院，一种摄像机标定板的设计与检测方法，中国专利技术专利，CN104217429A，2014。文献[5]：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，应用于标定图像采集的装置以及标定图像采集方法，中国专利技术专利CN107121110A，2017。
技术实现思路
本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于增强现实的相机标定图像采集方法及装置，能够在提高标定图像的质量的同时，降低标定板位姿控制的复杂度和硬件成本，广泛适用于计算机视觉、三维面形测量系统的等领域的相机参数标定环节。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面：一种基于增强现实的相机标定图像采集方法，其包括：通过相机拍摄多幅标定图像，并在拍摄每一幅标定图像的过程中，基于标定图像控制点的平均灰度对相机参数进行调整，和/或基于图像融合和色彩标示对标定板位姿调整进行引导。一种基于增强现实的相机标定图像采集装置，其包括标定板、相机以及电子设备；其中，电子设备包括包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有多幅预期位姿标定板图像序列以及可被所述至少一个处理器执行的指令；所述相机通过输入输出接口与电子设备连接，并用于拍摄标定板以获取标定图像；所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行任一项所述的方法。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：通过克服传统方案中标定图像亮度调节以整幅图像为参照的方式，使得标定图像的质量评价标准更加精细，提高了标定图像的质量。由于标定板本身本质上是承载了二值化图案，通过标定图像控制点的平均灰度来调节图像采集过程中的相机参数(如曝光时间)使得相机参数调整结果与所用标定板的表面反射特性或发光特性相匹配，标定图像的质量得到有效控制；通过基于图像融合和色彩标示的方式对标定过程中的标定板位姿调整进行基于增强现实的交互式引导，克服了传统方案中标定板位姿控制复杂、不明确、不方便、成本高的缺点，在实际使用过程中配合语音提示和动画提示，可提供优质的用户体验，能够广泛适用于计算机视觉、三维面形测量系统的等领域的相机参数标定环节。附图说明图1是根据本专利技术示例性实施例的相机参数调整过程。图2是根据本专利技术示例性实施例的标定图像控制点提取结果示意图。图3是标定图像过亮、过暗、亮度合适三种情况下对应的标定图像。图4是根据本专利技术示例性实施例的对标定板位姿调整进行引导的过程。图5是根据本专利技术示例性实施例的预期位姿标定板图像，图6是根据本专利技术示例性实施例的视频图像与预期位姿标定板图像融合示意图。图7是根据本专利技术示例性实施例的标定图像中控制点的三种邻域的控制点示意图。图8是标定板距离相机过近时预期位姿标定板图像与标定图像融合形成标定板位姿引导图像的结果。图9是标定板距离相机过远时预期位姿标定板图像与标定图像融合形成标定板位姿引导图像的结果。图10是预期位姿标定板图像法线与相机光轴有一定倾斜角度时与标定图像融合形成标定板位姿引导图像的结果。图11是根据本专利技术示例性实施例的基于增强现实的相机标定图像采集装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，以使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。根据本专利技术示例性实施例的基于增强现实的相机标定图像采集方法包括：通过相机拍摄多幅标定图像，并在拍摄每一幅标定图像的过程中，基于标定图像控制点的平均灰度对相机参数进行调整，和/或基于图像融合和色彩标示对标定板位姿调整进行引导。图1示出了根据本专利技术示例性实施例的相机参数调整过程。在使用相机对具有多个圆形标记的标定板拍摄一幅标定图像(步骤101)之后，从相机拍摄的标定图像中提取标定图像控制点(步骤102)，以标定板上圆形标记的圆心作为控制点时某帧标定图像控制点提取结果如图2所示；计算标定图像中控制点的平均灰度(步骤103)，控制点的灰度值为标定图像中控制点所在像素的灰度值，控制点的平均灰度为全部控制点灰度值的平均值。利用标定图像控制点的平均灰度来对相机参数进行调整需要进行两次判断，一是判断标定图像控制点的平均灰度是否高于预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增强现实的相机标定图像采集方法，其特征在于，所述方法包括：通过相机拍摄多幅标定图像，并在拍摄每一幅标定图像的过程中，基于标定图像控制点的平均灰度对相机参数进行调整，和/或基于图像融合和色彩标示对标定板位姿调整进行引导。

【技术特征摘要】
1.一种基于增强现实的相机标定图像采集方法，其特征在于，所述方法包括：通过相机拍摄多幅标定图像，并在拍摄每一幅标定图像的过程中，基于标定图像控制点的平均灰度对相机参数进行调整，和/或基于图像融合和色彩标示对标定板位姿调整进行引导。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于标定图像控制点的平均灰度对相机参数进行调整包括：在使用相机对具有多个圆形标记的标定板拍摄一幅标定图像之后，从相机拍摄的标定图像中提取标定图像控制点；计算标定图像中控制点的平均灰度；根据标定图像中控制点的平均灰度来调节相机参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：判断标定图像控制点的平均灰度是否高于预期范围上界；若标定图像控制点的平均灰度高于预期范围上界则调整相机参数以降低后续拍摄的标定图像的亮度直至控制点的平均灰度在预期范围内。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：若标定图像控制点的平均灰度低于预期范围上界则进一步判断是否低于预期范围下界，当低于预期范围下界时调整相机参数以提高后续拍摄的标定图像的亮度直至控制点的平均灰度在预期范围内。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于图像融合和色彩标示对标定板位姿调整进行引导包括：从存储器读取一幅预期位姿标定板图像并计算其控制点所对应的平均欧氏距离；输入一帧视频图像；对输入的视频图像进行图像识别，检测其中是否具有标定板；当输入的视频图像中没有检测到标定板时，融合预期位姿标定板图像与视频图像以生成标定板位姿引导图像；并通过显示器显示融合后的标定板位姿引导图像。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：当输入的视频图像中检测到标定板时，进行标定图像控制点提取，计算标定图像中每一个控制点的与其领域控制点的在图像上的欧氏距离并计算其平均值作为控制点所对应的平均欧式距离特征，最终将得到标定图像中所有控制点所对应的平均欧氏距离；将相机视频流中当前标定图像每一个控制点的平均欧氏距离与预期位姿标定板图像中的在标定控制点阵列中处于相同位置的对应控制点的平均欧氏距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆海龙，杨梦龙，吕学斌，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51