校准装置、校准方法、光学装置、摄影装置、投影装置、测量系统以及测量方法制造方法及图纸

以短时间且高精度地求出摄像机参数为目的，本发明专利技术所涉及的校准装置(1)是具备二维的图像变换元件和光学系统的光学装置(2)的校准装置(1)，其中，该二维的图像变换元件具有多个像素，该光学系统在图像变换元件与三维的世界坐标空间之间形成成像关系，该校准装置具备：校准数据获取部(8)，其获取表示图像变换元件的二维的像素坐标与世界坐标空间的三维的世界坐标之间的对应关系的校准数据；以及参数计算部(7)，其对由校准数据获取部(8)获取到的校准数据应用摄像机模型来计算摄像机模型的参数，该摄像机模型是将三维的世界坐标中的两个坐标值表示为其余一个世界坐标的坐标值和二维的像素坐标的两个坐标值的函数的模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】校准装置、校准方法、光学装置、摄影装置、投影装置、测量系统以及测量方法
本专利技术涉及一种校准装置、校准方法、光学装置、摄影装置、投影装置、测量系统以及测量方法。
技术介绍
以往，公知一种进行摄影装置、投影装置的摄像机校准的校准装置(例如参照专利文献1)。摄像机模型包括多个未知的参数(摄像机参数)，通过事先利用校准装置求出这些摄像机参数，能够以数学方式获得与图像的二维坐标对应的现实世界的逆投影直线。在此，对专利文献1和非专利文献1中公开的以往的摄像机校准进行说明。使用数学方式的摄像机模型通过以下的过程来进行摄像机校准，该数学方式的摄像机模型表现了利用摄像机拍摄现实世界的三维坐标来将其变换为图像的二维坐标的过程。首先，使用数式1将现实世界的三维坐标(以下，称为世界坐标)(x，y，z)投影成归一化图像平面坐标(up，vp)。[数式1][数式2]其中，数式2的旋转矩阵R和平移向量T表示从世界坐标向摄像机坐标的三维的坐标变换。这些数据是表示摄像机的相对于世界坐标的位置和姿势的值，被称为外部参数。此外，数式1是基于所有的逆投影直线在摄像机的光学中心处相交这一设想的式子。接着，使用数式3求出对归本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准装置，是光学装置的校准装置，该光学装置具备：二维的图像变换元件，其具有多个像素；以及光学系统，其在该图像变换元件与三维的世界坐标空间之间形成成像关系，该校准装置具备：校准数据获取部，其获取表示所述图像变换元件的二维的像素坐标与所述世界坐标空间的三维的世界坐标之间的对应关系的校准数据；以及参数计算部，其对由该校准数据获取部获取到的校准数据应用摄像机模型来计算该摄像机模型的参数，该摄像机模型是将所述三维的世界坐标中的两个坐标值表示为其余的一个世界坐标的坐标值和所述二维的像素坐标的两个坐标值的函数的模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.13 JP 2014-2309571.一种校准装置，是光学装置的校准装置，该光学装置具备：二维的图像变换元件，其具有多个像素；以及光学系统，其在该图像变换元件与三维的世界坐标空间之间形成成像关系，该校准装置具备：校准数据获取部，其获取表示所述图像变换元件的二维的像素坐标与所述世界坐标空间的三维的世界坐标之间的对应关系的校准数据；以及参数计算部，其对由该校准数据获取部获取到的校准数据应用摄像机模型来计算该摄像机模型的参数，该摄像机模型是将所述三维的世界坐标中的两个坐标值表示为其余的一个世界坐标的坐标值和所述二维的像素坐标的两个坐标值的函数的模型。2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述摄像机模型利用将所述其余的一个世界坐标的坐标值和所述二维的像素坐标的两个坐标值的函数作为要素的多个二维向量函数的线性和，来表示所述世界坐标空间的直线。3.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于，所述摄像机模型由数式来表现，该数式是将表示所述二维的像素坐标的平面上的点的两个像素坐标值与通过所述光学系统而与所述像素坐标的平面光学共轭的平面上的点的两个世界坐标值之间的成像关系的、线性的成像模型的各系数以所述其余的一个世界坐标的1次式进行置换而得到的。4.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述校准数据获取部获取多个校准数据，该多个校准数据表示所述世界坐标空间的两个平面上的各个点各自的三个坐标值与对应于所述各个点的所述二维的像素坐标的两个坐标值之间的对应关系。5.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述参数计算部对多个校准数据应用所述摄像机模型，该多个校准数据表示所述世界坐标空间的两个平面上的各个点各自的三个坐标值与对应于所述各个点的所述二维的像素坐标的两个坐标值之间的对应关系。6.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述校准数据获取部获取多个校准数据，该多个校准数据表示所述二维的像素坐标的两个坐标值与所述世界坐标的直线的斜率及截距之间的对应关系。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的校准装置，其特征在于，所述参数计算部利用线性最小二乘法对所述校准数据应用所述摄像机模型。8.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于，所述参数计算部对由所述校准数据获取部获取到的校准数据中的、将三维的世界坐标变换为使该三维的世界坐标以表示该世界坐标的旋转的三个旋转角中的一个以上的旋转角进行旋转后的世界坐标的校准数据应用所述摄像机模型，来求出使该摄像机模型的残差最小的一个以上的旋转角。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的校准装置，其特征在于，所述参数计算部对由所述校准数据获取部获取到的校准数据中的、将三维的世界坐标变换为使该三维的世界坐标以表示该世界坐标的平移的三个平移分量中的一个以上的分量进行平移后的世界坐标的校准数据应用所述摄像机模型，来求出使该摄像机模型的残差最小的一个以上的平移分量。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的校准装置，其特征在于，所述光学装置具备多个图像变换元件以及光学系统，该光学系统在该图像变换元件与三维的世界坐标空间之间形成成像关系，所述校准数据获取部获取各所述图像变换元件和所述光学系统的校准数据，所述参数计算部对各所述图像变换元件和所述光学系统的校准数据应用表示为各该图像变换元件的二维的像素坐标的函数的摄像机模型。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的校准装置，其特征在于，所述光学装置为摄影装置，所述图像变换元件为摄像元件，所述光学系统为摄像光学系统。12.根据权利要求1至10中的任一项所述的校准装置，其特征在于，所述光学装置为投影装置，所述图像变换元件为图像形成元件，所述光学系统为投影光学系统。13.一种校准方法，包括以下步骤：获取校准数据，该校准数据表示具备二维的图像变换元件以及光学系统的光学装置的所述图像变换元件的二维的像素坐标与世界坐标空间的三维的世界坐标之间的对应关系，其中，该二维的图像变换元件具有多个像素，该光学系统在该图像变换元件与所述三维的世界坐标空间之间形成成像关系；以及对获取到的校准数据应用摄像机模型来计算该摄像机模型的参数，该摄像机模型将所述三维的世界坐标中的两个坐标值表示为其余的一个世界坐标的坐标值和所述二维的像素坐标的两个坐标值的函数的模型。14.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于，所述摄像机模型利用将所述其余的一个世界坐标的坐标值和所述二维的像素坐标的两个坐标值的函数作为要素的多个二维向量函数的线性和，来表示所述世界坐标空间的直线。15.根据权利要求14所述的校准方法，其特征在于，所述摄像机模型由数式来表现，该数式是将表示所述二维的像素坐标的平面上的点的两个像素坐标值与通过所述光学系统而与所述像素坐标的平面光学共轭的平面上的点的两个世界坐标值之间的成像关系的、线性的成像模型的各系数以所述其余的一个世界坐标的1次式进行置换而得到的。16.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于，在获取所述校准数据的步骤中获取多个校准数据，该多个校准数据表示所述世界坐标空间的两个平面上的两个坐标值与所述二维的像素坐标的两个坐标值之间的对应关系。17.根据权利要求13所述的校准方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：松泽聪明，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP