一种RGB-D相机快速标定方法技术

本发明专利技术公开了一种RGB‑D相机快速标定方法，包括以下步骤：A、制作孔板，获取孔板的深度图像和RGB图像；B、计算深度图像和RGB图像的像素位置偏差值；C、根据像素位置偏差值进行图像平移，使深度图像与RGB图像实现匹配。本发明专利技术能够改进现有技术的不足，标定过程简单、快捷。

A Fast Calibration Method for RGB-D Camera

【技术实现步骤摘要】
一种RGB-D相机快速标定方法
本专利技术涉及深度相机的标定和图像匹配
，尤其是一种RGB-D相机快速标定方法。
技术介绍
RGB-D相机又称为深度相机，它可以同时获取物体的RGB彩色图像和深度图像，深度图像是一种将被拍摄物体上各点到相机平面的距离用不同颜色代表不同距离的一种图像呈现方式。RGB-D相机中用于拍摄彩色RGB图像的摄像头和用于测量距离的深度相机在位置上不重叠、视场角范围不一致、分辨率大小不相同，所以拍摄出的RGB图像和深度图像的像素很难直接实现一一对应，因此需要对RGB-D相机进行标定，找到两种图像之间的关系，通过平移和缩放实现两种图像像素之间的一一对应。深度相机的标定一般需要知道相机的内参数(如焦距等)和外参数(如旋转参数等)，根据内外参数进行标定。深度相机常用的标定方法有两种：一是基于平面标志物的相机标定方式。例如一个传统方法的标定过程可以简略总结为以下六个步骤：(1)打印一张棋盘格，把它贴在一个平面上，作为标定物；(2)通过调整标定物或摄像机的方向，为标定物拍摄一些不同方向的照片；(3)从照片中提取特征点(如角点)；(4)估算理想无畸变的情况下，五个内参和所有外参(外参决定摄像机坐标与外部坐标系之间相对位置关系)；(5)应用最小二乘法估算。实际存在径向畸变下的畸变系数；(6)极大似然法，优化估计，提升估计精度。二是基于复杂特征立体标志物的相机标定方式。例如采用不同深度的立方块进行标定。这两种标定方法都是在求取相机的内外参数的基础上进行标定，存在步骤繁琐、标定过程费时费力等缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种RGB-D相机快速标定方法，能够解决现有技术的不足，标定过程简单、快捷。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种RGB-D相机快速标定方法，包括以下步骤：A、制作孔板，获取孔板的深度图像和RGB图像；B、计算深度图像和RGB图像的像素位置偏差值；C、根据像素位置偏差值进行图像平移，使深度图像与RGB图像实现匹配。作为优选，步骤B中包括以下步骤，B1、分别生成深度图像矩阵和单色图像矩阵；B2、分别在深度图像矩阵和单色图像矩阵中搜索孔板上的孔洞位置；B3、分别计算深度图像矩阵和单色图像矩阵中的孔洞间隔像素数和孔洞中心的位置；B4、分别计算深度图像和单色图像的成像比；B5、根据成像比缩放图像，使两种图像处于同一尺度，将深度图像和单色图像的中心位置重叠，分别计算得到深度图像和单色图像中孔洞到中心位置的偏差值。作为优选，步骤B2中，根据以下公式的计算结果搜索孔洞位置，其中，row，column分别表示深度图像矩阵的行、列数；pixel(i,j)表示第i行、j列的像素值，Heightcamera表示相机到地面或墙面的距离，Thicknessboard表示孔板的厚度；Imagemean和Imagestd分别表示单色图像2维矩阵的平均值和标准差；经过上述计算，深度图像二维矩阵中除了孔板到RGB-D相机的深度距离之外，所有的像素都被转换为0，孔洞的位置被确定；单色图像二维矩阵中阈值以下的像素都被转换为0，孔洞的位置被确定。作为优选，步骤B3中，通过以下公式分别计算孔板边长在两种图像中的像素数和孔洞间隔像素数，其中，Boardpixel_l、Boardpixel_w分别表示孔板在水平和垂直方向像素个数，Holepixel_l、Holepixel_w分别表示孔洞在水平和垂直方向像素个数，Boardsl、Holeinterval分别表示孔板边长和孔洞之间距离，α、β分别表示水平和垂直视场角的一半，Depthcolumn、Depthrow分别表示深度图像的列数和行数，Imagecolumn、Imagerow分别表示单色图像的列数和行数,HeightKinect表示Kinect传感器距离地面的高度；分别在深度图像二维矩阵和单色图像二维矩阵中查找第一个非全0值的行和列，并统计该行和列中0的个数Nr；当Nr大于0.9Boardpixel时即为孔板的起始行和起始列；根据起始行、列的编号，按照计算出的孔板边长的像素个数定位孔板的4个顶角位置，其中，Boardpixel表示孔板每行或每列的像素数；从孔板左上角起按行列分别查找孔板范围内第一个非全0值的行和列，并分别统计该行和列中0的个数Nhole_r、Nhole_c和每个0值对应的位置；设定阈值Thr，根据阈值Thr来确定孔洞的起始行列号，该行列号对应的像素点就是孔洞的中心位置；重复上述过程找到孔板上所有孔洞的起始位置和中心，通过计算各孔洞之间的间隔像素数最终确定各孔洞中心的位置和间隔像素数。作为优选，步骤B4中，根据以下公式计算深度图像和单色图像的成像比，其中，Rs_l、Rs_w分别表示水平方向和垂直方向成像比，Xi、Yi分别表示单色图像水平方向和垂直方向相邻两个孔洞之间的像素数，xi、yi分别表示深度图像水平方向和垂直方向相邻两个孔洞之间的像素数。作为优选，步骤B5中，分别计算深度图像中各孔洞到图像中心点的水平方向像素数Depthpixeli_h，垂直方向像素数Depthpixeli_v；单色图像中各孔洞到图像中心点的水平方向像素数Imagepixeli_h，垂直方向像素数Imagepixeli_v，其中i表示第i个孔洞；根据成像比将单色图像缩小，然后根据以下公式计算缩小后RGB图像中各孔洞到图像中心点的水平和垂直方向像素数Imagepixeli_hf、Imagepixeli_vf，其中，i表示标定板孔洞编号，Ir表示成像比；然后通过以下公式得到两种图像中孔洞到中心位置的偏差，其中，Dev_h，Dev_v分别表示水平方向和垂直方向偏差。采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本专利技术不需要求解相机的内外参数，只需要对孔板图像进行简单处理便可对相机的快速标定。附图说明图1是本专利技术的原理图。图2是实施例1中孔洞间隔像素数的计算流程图。图3是实施例1中像素位置偏差值的计算流程图。图4是实施例2中孔板的结构图。图5是实施例2中像素位置偏差值的计算流程图。具体实施方式实施例1参照图1-3，一种RGB-D相机快速标定方法，包括以下步骤：A、制作孔板，获取孔板的深度图像和RGB图像；B、计算深度图像和RGB图像的像素位置偏差值；C、根据像素位置偏差值进行图像平移，使深度图像与RGB图像实现匹配。步骤B中包括以下步骤，B1、分别生成深度图像矩阵和单色图像矩阵；B2、分别在深度图像矩阵和单色图像矩阵中搜索孔板上的孔洞位置；B3、分别计算深度图像矩阵和单色图像矩阵中的孔洞间隔像素数和孔洞中心的位置；B4、分别计算深度图像和单色图像的成像比；B5、根据成像比缩放图像，使两种图像处于同一尺度，将深度图像和单色图像的中心位置重叠，分别计算得到深度图像和单色图像中孔洞到中心位置的偏差值。步骤B2中，根据以下公式的计算结果搜索孔洞位置，其中，row，column分别表示深度图像矩阵的行、列数；pixel(i,j)表示第i行、j列的像素值，Heightcamera表示相机到地面或墙面的距离，Thicknessboard表示孔板的厚度；Imagemean和Imagestd分别表示单色图像2维矩阵的平均值和标准差；经过上述计算，深度图像二维矩阵中除了孔板到RGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种RGB‑D相机快速标定方法，其特征在于包括以下步骤：A、制作孔板，获取孔板的深度图像和RGB图像；B、计算深度图像和RGB图像的像素位置偏差值；C、根据像素位置偏差值进行图像平移，使深度图像与RGB图像实现匹配。

【技术特征摘要】
1.一种RGB-D相机快速标定方法，其特征在于包括以下步骤：A、制作孔板，获取孔板的深度图像和RGB图像；B、计算深度图像和RGB图像的像素位置偏差值；C、根据像素位置偏差值进行图像平移，使深度图像与RGB图像实现匹配。2.根据权利要求1所述的RGB-D相机快速标定方法，其特征在于：步骤B中包括以下步骤，B1、分别生成深度图像矩阵和单色图像矩阵；B2、分别在深度图像矩阵和单色图像矩阵中搜索孔板上的孔洞位置；B3、分别计算深度图像矩阵和单色图像矩阵中的孔洞间隔像素数和孔洞中心的位置；B4、分别计算深度图像和单色图像的成像比；B5、根据成像比缩放图像，使两种图像处于同一尺度，将深度图像和单色图像的中心位置重叠，分别计算得到深度图像和单色图像中孔洞到中心位置的偏差值。3.根据权利要求2所述的RGB-D相机快速标定方法，其特征在于：步骤B2中，根据以下公式的计算结果搜索孔洞位置，其中，row，column分别表示深度图像矩阵的行、列数；pixel(i,j)表示第i行、j列的像素值，Heightcamera表示相机到地面或墙面的距离，Thicknessboard表示孔板的厚度；Imagemean和Imagestd分别表示单色图像2维矩阵的平均值和标准差；经过上述计算，深度图像二维矩阵中除了孔板到RGB-D相机的深度距离之外，所有的像素都被转换为0，孔洞的位置被确定；单色图像二维矩阵中阈值以下的像素都被转换为0，孔洞的位置被确定。4.根据权利要求3所述的RGB-D相机快速标定方法，其特征在于：步骤B3中，通过以下公式分别计算孔板边长在两种图像中的像素数和孔洞间隔像素数，其中，Boardpixel_l、Boardpixel_w分别表示孔板在水平和垂直方向像素个数，Holepixel_l、Holepixel_w分别表示孔洞在水平和垂直方向像素个数，Boardsl、Holeinterval分别表示孔板边长和孔洞之间距离，α、β分别表示水平和垂直视场角的一半，Depthcolumn、Depthrow分别表示深度图像的列数和行数，Ima...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁洪波，程曼，蔡振江，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：河北,13