一种平面摄像机标定方法技术

本发明专利技术公开了一种平面摄像机标定方法，具体为：估计变形前特征点在图像上的位置，并据此计算变形前图像上像素点与其所在剖分三角形顶点的插值关系；根据该插值关系利用特征点变形后的像素坐标计算变形前图像每个像素点在变形后图像上对应的位置，并利用该位置邻近的变形后像素点的像素值插值计算得到其像素值，从而完成图像校正。本发明专利技术利用局部线性内插值代替了本来需要通过高次矩阵求逆才能完成的多项式拟合；相比于现有方法，本发明专利技术在保证不降低图像校正效果与标定计算精度的前提下，计算复杂度更低、稳定性更高，同时有着很高的畸变抗性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，具体为：估计变形前特征点在图像上的位置，并据此计算变形前图像上像素点与其所在剖分三角形顶点的插值关系；根据该插值关系利用特征点变形后的像素坐标计算变形前图像每个像素点在变形后图像上对应的位置，并利用该位置邻近的变形后像素点的像素值插值计算得到其像素值，从而完成图像校正。本专利技术利用局部线性内插值代替了本来需要通过高次矩阵求逆才能完成的多项式拟合；相比于现有方法，本专利技术在保证不降低图像校正效果与标定计算精度的前提下，计算复杂度更低、稳定性更高，同时有着很高的畸变抗性。【专利说明】
本专利技术属于机器视觉领域，涉及一种用于平面特征测量、定位的摄像机标定方法。
技术介绍
视觉测量技术因其非接触、高精度、无损伤等优点，在RFID标签封装机、装片机、划片机、引线键合机等IC封装设备上得到了广泛的应用。由于此类设备上的测量对象多为平面距离与角度且不需要得到摄像机内、外参数，故仅采用一副标定靶标图像进行标定计算校正各种线性、非线性图像变形并得到被拍摄平面图像坐标与世界坐标之间的转换关系O目前主流的摄像机标定方法都是基于三维定位、测量的，其计算一般需要5?20幅从不同空间方位拍摄的标定图像，这类标定方法操作起来过于复杂，无法满足IC封装设备不加人工干预且仅使用一幅标定图像完成计算的在线运行需求。因此，开发精度、稳定性适应设备运行要求的平面标定算法具有重要的理论意义和实用价值。针对上述要求，国内研究者提出了一些平面标定算法:文献“一种足球机器人视觉系统非线性畸变的数字校正方法”(机器人技术与应用，2002，4:37-40)以二元三次多项式作为目标式，最小二乘拟合得到变形前后图像像素点的对应关系，并通过双线性插值得到变形前每个像素点的像素值。文献“一种光学镜头摄像机图像几何畸变的修正方法”(中国图象图形学报，2000，5 (7):593-596)与文献“一种简单而精确的径向畸变标定方法”(中国图象图形学报，2004,9(4):429-434)以不同阶次的二元多项式作为目标式分析与实验，得出使用五次多项式能够得到最佳的效果。这类基于多项式的平面标定算法精度较高，但是高次多项式最小二乘拟合的过程涉及到高阶矩阵的求逆运算(以二元五次多项式为例，对应的求逆矩阵为21阶)，也导致此类方法的计算量相对较大，这种算法实现起来复杂且稳定性相对不高。
技术实现思路
本专利技术提出，在保证标定精度的条件下减小了计算复杂度。，具体为:创建与待校正图像相同大小的空图像，依据标定文件中存储的坐标映射关系找到空图像中每个像素点Q/ (χ/y/)对应于待校正图像的像素点Qj (Xj，yP，利用待校正图像像素点Qj (Xj，yP的邻近像素点的像素值进行插值运算得到像素点Q/ (X/y/)的像素值Pix(Q/)，赋于像素值后的空图像即为待校正图像通过校正后的理想图像；校正后的理想图像的像素坐标值乘以标定文件中存储的坐标单位转换系数z得到对应的世界坐标值；所述标定文件的建立包括以下步骤:标定图像成像的步骤:调整标定板成像位置，保证其所成的标定图像I中特征点网格没有残缺，利用标定板成像得到标定图像I;在标定图像中提取特征点信息的步骤:提取标定图像I中每个特征点Pi的图像坐标(X^yi)，进一步确定特征点Pi (Xi7Yi)在特征点网格上对应的网格位置坐标(ri; Ci);遍历各特征点的网格位置坐标，找到其中行坐标的最大值与列坐标的最大值，从而得到特征点网格的行数R与列数C ;估算变形前相邻特征点之间的像素间距d = max ((H+2) / (R-1)，(ff+2) / (C-1))，H和W分别为标定图像I的高和宽；记录相邻特征点的间距的世界坐标值D ;依据特征点的图像坐标对特征点进行三角剖分，并筛选有效剖分三角形集合的步骤:对所有特征点按照其图像坐标进行得罗里(Delaunay)三角剖分，得到剖分三角形集合τ，计算各剖分三角形的形状偏差角η，从三角形集合τ中剔除η >阈值％的剖分三角形得到有效剖分三角形集合Te ；构建特征点变形前的图像坐标计算公式的步骤:若d = (H+2)/(R_l)，则按照式I估算特征点网格最左上角点Plu在变形前对应点Qlu的图像坐标(XXlu，YYlu);若d = (W+2)/(C-l)，则按照式II估算特征点网格最左上角点Plu在变形前对应点Qlu的图像坐标(XXlu，YYlu)【权利要求】1.，具体为:创建与待校正图像相同大小的空图像，依据标定文件中存储的坐标映射关系找到空图像中每个像素点Q/ (χ/y/)对应于待校正图像的像素点Qj Cxj, y」)，利用待校正图像像素点Qj Cxj, y」)的邻近像素点的像素值进行插值运算得到像素点Q/ (X/，y/)的像素值Pix(Q/ )，赋于像素值后的空图像即为待校正图像通过校正后的理想图像；校正后的理想图像的像素坐标值乘以标定文件中存储的坐标单位转换系数z得到对应的世界坐标值； 所述标定文件的建立包括以下步骤: 标定图像成像的步骤: 调整标定板成像位置，保证其所成的标定图像I中特征点网格没有残缺，利用标定板成像得到标定图像I ; 在标定图像中提取特征点信息的步骤: 提取标定图像I中每个特征点Pi的图像坐标(Xi，Yi)，进一步确定特征点Pi (Xi，Yi)在特征点网格上对应的网格位置坐标(ri; Ci)；遍历各特征点的网格位置坐标，找到其中行坐标的最大值与列坐标的最大值，从而得到特征点网格的行数R与列数C ;估算变形前相邻特征点之间的像素间距d = max ((H+2) / (R-1)，(ff+2) / (C-1))，H和W分别为标定图像I的高和宽；记录相邻特征点的间距的世界坐标值D ; 依据特征点的图像坐标对特征点进行三角剖分，并筛选有效剖分三角形集合的步骤: 对所有特征点按照其图像坐标进行得罗里(Delaunay)三角剖分，得到剖分三角形集合τ，计算各剖分三角形的形状偏差角Π，从三角形集合τ中剔除η >阈值％的剖分三角形得到有效剖分三角形集合τ e ； 构建特征点变形前的图像坐标计算公式的步骤: 若d = (H+2)/(R_l)，则按照式I估算特征点网格最左上角点Plu在变形前对应点Qlu的图像坐标(XXlu，YYlu);若d = (W+2)/(C-l)，则按照式II估算特征点网格最左上角点Plu在变形前对应点Qlu的图像坐标(XXlu，YYlu) 2.根据权利要求1所述的平面摄像机标定方法，其特征在于，所述三角剖分采用得罗里(Delaunay)三角剖分方法。3.根据权利要求1或2所述的平面摄像机标定方法，其特征在于，所述插值运算采用双线性插值法、最近邻域插值、双三次插值或分形插值。4.一种平面摄像机标定系统，包括: 校正模块，用于创建与待校正图像相同大小的空图像，依据标定文件中存储的坐标映射关系找到空图像中每个像素点Q/(x/y/)对应于待校正图像的像素点Q/\，yP，利用待校正图像像素点Qj (Xj，yj)的邻近像素点的像素值进行插值运算得到像素点Q/ (χ/，y/)的像素值pix(Q/ )，赋于像素值后的空图像即为待校正图像通过校正后的理想图像；校正后的理想图像的像素坐标值乘以标定文件中存储的坐标单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面摄像机标定方法，具体为：创建与待校正图像相同大小的空图像，依据标定文件中存储的坐标映射关系找到空图像中每个像素点Qj’（xj’yj’）对应于待校正图像的像素点Qj（xj,yj），利用待校正图像像素点Qj（xj,yj）的邻近像素点的像素值进行插值运算得到像素点Qj’（xj’,yj’）的像素值pix(Qj’)，赋于像素值后的空图像即为待校正图像通过校正后的理想图像；校正后的理想图像的像素坐标值乘以标定文件中存储的坐标单位转换系数z得到对应的世界坐标值；所述标定文件的建立包括以下步骤：标定图像成像的步骤：调整标定板成像位置，保证其所成的标定图像I中特征点网格没有残缺，利用标定板成像得到标定图像I；在标定图像中提取特征点信息的步骤：提取标定图像I中每个特征点Pi的图像坐标(xi，yi)，进一步确定特征点Pi(xi，yi)在特征点网格上对应的网格位置坐标(ri，ci);遍历各特征点的网格位置坐标，找到其中行坐标的最大值与列坐标的最大值，从而得到特征点网格的行数R与列数C；估算变形前相邻特征点之间的像素间距d＝max((H+2)/(R‑1),(W+2)/(C‑1))，H和W分别为标定图像I的高和宽；记录相邻特征点的间距的世界坐标值D；依据特征点的图像坐标对特征点进行三角剖分，并筛选有效剖分三角形集合的步骤：对所有特征点按照其图像坐标进行得罗里（Delaunay）三角剖分，得到剖分三角形集合τ，计算各剖分三角形的形状偏差角η，从三角形集合τ中剔除η＞阈值η0的剖分三角形得到有效剖分三角形集合τe；构建特征点变形前的图像坐标计算公式的步骤：若d＝(H+2)/(R‑1)，则按照式I估算特征点网格最左上角点Plu在变形前对应点Qlu的图像坐标（XXlu，YYlu）；若d＝(W+2)/(C‑1)，则按照式II估算特征点网格最左上角点Plu在变形前对应点Qlu的图像坐标（XXlu，YYlu）XXlu=-1YYlu=(W-d×(C-1))÷2---I]]>XXlu=(H-d×(R-1))÷2YYlu=-1---II]]>构建每个特征点Qi变形前的图像坐标（xxi，yyi）：xxi=XXlu+ci×dyyi=YYlu+ri×d;]]>利用特征点变形前的图像坐标计算公式计算有效剖分三角形集合变形前的三角形集合的步骤：对于有效剖分三角形集合τe中每个三角形Δk，该三角形三顶点Pk1、Pk2、Pk3对应的特征点网格位置坐标带入特征点变形前的图像坐标计算公式，计算得到对应的变形前点Qk1、Qk2、Qk3的图像坐标，从而得到Δk对应的变形前三角形Δk’，由Δk’组成的三角形集合即为变形前的有效剖分三角形集合τe’；利用有效剖分三角形集合变形前的三角形集合求解三角形内插值系数的步骤：定义标定图像I在变形前的图像为I’，遍历I’的每一个像素点Bj，在有效剖分三角形集合变形前的三角形集合τe’中找到包含Bj的三角形Δk’；设Δk’的三顶点Qk1、Qk2、Qk3的图像坐标分别为（xxk1,yyk1）、（xxk2,yyk2）、（xxk3,yyk3），像素点Bj在变形前的图像坐标为（xxj，yyj），求解二元一次方程组III，得到三角形内插值系数mj、nj：xxk1+mj×(xxk2-xxk1)+nj×(xxk3-xxk1)=xxjyyk1+mj×(yyk2-yyk1)+nj×(yyk3-yyk1)=yyj---III]]>依据三角形内插值系数计算标定图像的像素点图像坐标的步骤：遍历标定图像I在变形前的图像I’的每一个像素点Bj，根据Bj对应的三角形Δk’在有效三角形集合τe中找到对应的三角形Δk，Δk的三顶点Pk1、Pk2、Pk3的图像坐标分别为（xk1,yk1）、（xk2,yk2）、（xk3,xk3）；计算Bj在变形后的标定图像I中对应的像素点Aj的图像坐标（xj，yj）：xj=xk1+mj×(xk2-xk1)+nj×(xk3-xk1)yj=yk1+mj×(yk2-yk1)+nj×(yk3-yk1);]]>存储坐标单位转换系数和标定图像的像素点变形前后的图像坐标映射关系的步骤：计算坐标单位转换系数z=D/d，建立标定图像I在变形前的图像I’中每个像素点Bj对应在I中像素点Aj的图像坐标映射关系（xxj，yyj）→（xj，yj）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李文龙，徐侃，尹周平，王瑜辉，尹程龙，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42