设备标定方法和系统及控制点对应关系的确定方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三维重构中的设备标定方法和系统，以及标定过程中控制点对应关系的确定方法及系统。其中，标定过程中控制点对应关系的确定方法包括：在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交点为中心设置具有唯一性的颜色组合，得到标定控制场；对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标定控制场的图像；在所述标定控制场的图像中，利用棋盘格信息和颜色组合信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系。本发明专利技术所公开的方案，能够提高标定中确定控制点与其成像点之间对应关系的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维重构中的照相设备和/或投影设备标定方法和系 统，以及标定中控制点对应关系的确定方法和系统。
技术介绍
在计算机视觉、机器人学以及计算机图形学等领域中，通常需要获取三 维目标的空间位置等信息，以便根据这些空间位置信息将三维目标在计算机 中进行真实的三维重建。为了获取三维目标的空间位置信息，目前通常采用的方法中主要包括光 学方法和激光扫描法。激光扫描法由于其激光扫描设备一般比较昂贵，因此 无法得到普及。光学方法中目前较常见的方法为基于双目视觉的方法，如图 l所示，图1为现有技术中基于双目视觉获取三维目标空间位置信息的方法 示意图。该方法基于人的双目视觉原理，从两个不同的角度对三维目标(如 图中的花枝)进行拍摄，根据拍摄的图像中的像素点坐标、以及两个照相设 备的标定信息，计算出三维目标对应点的空间坐标，从而得到三维目标各部 分的空间位置信息。可见，该方法中，首先需要对从不同角度进行拍摄的两个照相设备进行标定，以确定照相设备的标定信息；然后对拍摄的图像进行图像匹配(Image Matching)，以识别出图像中对应三维目标某一点的同名像素点的坐标，以 图中花枝的一个空间三维点M为例，H设C,和C,为两个相机的位置，，和m, 是M点在两个相机上的成像点，则对应M点需要找到^和w,两个像素点的 图像坐标，再根据这两个像素点的坐标及照相设备的标定信息计算出M点 的空间坐标。其中，图像匹配是一个非常复杂且实现困难的过程，因此为了避免进行 图像匹配，目前经常采用通过光栅投影结构光的方法，该方法中，投影设备 将投射光束通过根据空间结构光编码的光栅投影在三维目标上形成结构光， 三维目标的空间信息经过结构光编码成为条紋图形，这些条紋图形由与投影 中心成一定角度的照相设备记录，通过对记录的 一 系列投影光栅进行结构光 解码，得到图像中对应三维目标某一点的同名像素点的坐标，根据该同名像 素点的坐标及照相设备和投影设备的标定信息计算出三维目标对应点的空 间坐标，从而得到三维目标各部分的空间位置信息。可见，上述两种方法中均需要对照相设备，或者以及投影设备进行标定， 以获取照相设备，或者以及投影设备的内部参数(如焦距和主点位置)及外 部参数(如其在空间坐标系中的位置和方向信息)等标定信息。例如，假设三维目标某一三维点Z的空间坐标为JT =z一该三维点在图像上的成像点X的坐标为X =，则根据小孔成像原理，照相设备拍摄图像时，三维点Z和它投影到照相设备成像面上得到的成像点X之间的数学模型可如下式(l)所示/其中，i 为照相设备的方向信息，r为照相设备的位置信息；/为照相 设备的焦距，("。,v。)为照相设备的主点位置。标定的目的就是为了得到/， K,v。)， / 和r这些标定信息，进而在得到x后，可以根据式(l)计算出z。为了得到上述标定信息，在标定时就需要知道若干个(即大于或等于未 知数的个数)三维点I的坐标和对应的成像点x的坐标，之后分别将这些已 知的三维点义的坐标及其对应的成像点X的坐标代入式(l)中，得到包括未知 数/, ("。，v。)，及和r的方程组，从而求解出标定信息/, K,v。)， w和r。其中，方程组中的方程个数应该大于或等于未知数的个数。为了建立若干个三维点Z和对应的成像点;c的对应关系， 一般的标定方 法都是通过建立控制场，来提供一些空间位置固定并且具有特定紋理信息的 标志控制点Z,之后由照相设备对控制场进行拍照，然后从图像中得到特定 紋理信息控制点的成像点x 。其中，从图像中寻找控制点Z的成像点x涉及到图像识别技术，是一个 比较困难的问题。现有技术中，有些方法采用类似格网或棋盘格的控制场， 如图2所示，图2示出了一种类似棋盘格的控制场，该方法中，可将控制场 中任意两条不平行直线的交点作为控制点，在确定控制点与其成像点之间的 对应关系时，在控制场的图像中利用直线信息来提取交点。但该方法中由于 各个交点的紋理信息都是相似的，不具有唯一性，因此4艮难确定当前提取的 交点对应控制场的哪个控制点，使得确定控制点与其成像点之间对应关系的 准确度一交低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术中一方面提供一种标定中控制点对应关系的确定方法 和系统，另 一方面提供一种三维重构中的照相设备标定方法和投影设备标定 方法，以提高标定中确定控制点与其成像点之间对应关系的准确度。本专利技术所提供的标定中控制点对应关系的确定方法，包括 在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交点为中心设置具有唯一性的颜色组合，得到标定控制场；对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标定控制场的图像； 在所述标定控制场的图像中，利用棋盘格信息和颜色组合信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系。本专利技术所提供的标定中控制点对应关系的确定系统，包括标定控制场、照相设备和第一控制点对应关系确定单元，其中，所述标定控制场为在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交点为中心设置了具有唯一性的颜色组合的控制场；所述照相设备用于对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标定控制场的图像；所述第一控制点对应关系确定单元用于在所述标定控制场的图像中，利 用棋盘格信息和颜色组合信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系。本专利技术所提供的三维重构中的设备标定方法，包括在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交点为中心设置具有 唯一性的颜色组合，得到标定控制场；利用照相设备对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标定控 制场的图像；在所述标定控制场的图像中，利用棋盘格信息和颜色组合信息确定控制点 的成像点与控制点之间的对应关系；根据具有对应关系的多个成像点及其对应的控制点，列出包括照相设备 未知标定信息的方程组，求解该方程组，得到照相设备的标定信息。本专利技术所提供的三维重构中的设备标定系统，包括标定控制场、照相 设备、第一控制点对应关系确定单元和照相设备标定单元，其中，所述标定控制场为在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交 点为中心设置了具有唯一性的颜色组合的控制场；所述照相设备用于对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标 定控制场的图像；所述第一控制点对应关系确定单元用于在所述标定控制场的图像中，利用 棋盘格信息和颜色组合信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系；所述照相设备标定单元用于根据具有对应关系的多个成像点及其对应 的控制点，列出包括照相设备未知标定信息的方程组，求解该方程组，得到 照相设备的标定信息。本专利技术所提供的三维重构中的投影设备标定方法，包括在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交点为中心设置具有 唯一性的颜色组合，得到标定控制场；利用照相设备对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到没有投影光栅的标定控制场的图像；利用投影设备将编码光栅投影到所述放置于设定位置的标定控制场上，利 用照相设备对投影有光栅的标定控制场进行拍摄，得到带有光栅的标定控制场 的图像；在没有光栅的标定控制场的图像中，利用棋盘格信息和颜色组合信息确定 控制点的成像点与控制点之间的对应关系；在对应的带有光栅的标定控制场的图像中，找到已确定与控制点的对应关 系的成像点，分别以各个成像点为搜索起始点，搜索所述成像点邻域内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种标定中控制点对应关系的确定方法，其特征在于，该方法包括：　　　　在棋盘格的控制场上，以每个设定为控制点的棋盘格交点为中心设置具有唯一性的颜色组合，得到标定控制场；　　　　对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标定控制场的图像；　　　　在所述标定控制场的图像中，利用棋盘格信息和颜色组合信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢东海，黄英，沈操，
申请(专利权)人：北京中星微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]