專利名稱：用于攝像機(jī)標(biāo)定的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，特別涉及一種用于攝像機(jī)標(biāo)定的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶，通過標(biāo)靶獲取空間點(diǎn)與計(jì)算機(jī)圖像像素點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的場合。
技術(shù)背景
在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中，攝像機(jī)標(biāo)定是所有工作的第一步，對于以攝像機(jī)為主要測量設(shè)備的視覺測量系統(tǒng)來說，攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果直接影響著視覺測量系統(tǒng)的精度。攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)際上是確定攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，內(nèi)部參數(shù)為攝像機(jī)的幾何和光學(xué)特性，是攝像機(jī)的固有參數(shù)，不會因?yàn)閿z像機(jī)位置變化等原因而改變；外部參數(shù)為攝像機(jī)坐標(biāo)系相對于世界坐標(biāo)系的位置關(guān)系，會因?yàn)閿z像機(jī)位置變化等原因而發(fā)生變化。
攝像機(jī)標(biāo)定大致分傳統(tǒng)標(biāo)定方法和自標(biāo)定方法，主要是根據(jù)已知尺寸和形狀的標(biāo)靶進(jìn)行標(biāo)定。傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定方法常用的有三維標(biāo)靶和二維平面標(biāo)靶，由于二維標(biāo)定靶的制作簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，Zhang(Z. Zhang. A flexible new technique for camera calibration [J]. Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, 2000，22(11):1330 1334.)的基于2D平面標(biāo)定法得到廣泛的應(yīng)用。自1992年 Hartley和Faugeras首次提出自標(biāo)定以來，自標(biāo)定方法以其簡單方便的快速標(biāo)定優(yōu)點(diǎn)成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。Meng(X. Meng, Z. Hu. A new easy camera calibration technique based on circular points[J]. Pattern Recognition, 2003， 36:1155^1164.)提出一種利用一個(gè)圓和過圓心的一系列直線進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定的方法。 Jun-Sik Kim 等在文獻(xiàn)(J. -S. Kim. A Camera Calibration Method using Concentric Circles for Vision Applications [J]· Proceedings of the 5th Asian Conference on Computer Vision(ACCV), 2002.)中利用同心圓比圓提供更多的信息完成攝像機(jī)標(biāo)定， 因此標(biāo)定結(jié)果更好。胡釗政等(胡釗政，談?wù)?一種基于二消失點(diǎn)的攝像機(jī)自標(biāo)定新算法 [J].空間電子技術(shù)，2005，1:42、6.)提出一種利用正交方向消失點(diǎn)進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定的方法。但是無論哪一種方法都是基于標(biāo)靶上特征點(diǎn)信息的，即確定標(biāo)靶上特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)。在這些特征點(diǎn)的提取中無論是圓形靶、方形靶還是十字叉形靶特征點(diǎn)都容易受到圖像閾值、投影變換和畸變的影響。特征點(diǎn)作為標(biāo)定數(shù)據(jù)，它的提取精度會最終影響標(biāo)定結(jié)果。如何克服特征點(diǎn)提取精度易受其它因素的影響，用更高精度的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，這是一個(gè)計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的重要問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于攝像機(jī)標(biāo)定的同心圓光柵和契形光柵，通過該標(biāo)靶獲取高精度的標(biāo)定數(shù)據(jù)，從而提高攝像機(jī)的標(biāo)定精度。
為了上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為步驟一采用灰度調(diào)制的同心圓光柵和契形光柵將每個(gè)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)編碼到特征圖像的相位信息中，制成相移光柵標(biāo)靶。
同心圓光柵含有至少5個(gè)周期，契形光柵含有至少4個(gè)周期，使用正弦或者余弦灰度周期信號將空間特征點(diǎn)坐標(biāo)信息調(diào)制編碼到相位信息中，構(gòu)成相移光柵。使用計(jì)算機(jī)生成相移條紋圖像，直接由液晶顯示器或其他數(shù)字圖像顯示器顯示該光柵相移標(biāo)靶。
步驟二 用攝像機(jī)對標(biāo)靶從至少六個(gè)位置拍攝，獲得該標(biāo)靶的相位圖；步驟三對獲得圖像利用N (N大于等于3)步相移法計(jì)算其截?cái)嘞辔环植?，求得零相位點(diǎn)作為特征點(diǎn)從而完成標(biāo)定數(shù)據(jù)的獲取，利用基于正交消失點(diǎn)標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的精確標(biāo)定。
對每個(gè)位置攝像機(jī)拍攝的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶相移圖像，分別通過N步相移計(jì)算其相位分布，將每個(gè)拍攝位置的同心圓光柵和契形光柵相位疊加，計(jì)算相位為零的點(diǎn)作為高精度的特征點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明主要用于各種需要對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的應(yīng)用場合。利用本發(fā)明提出的同心圓光柵和契形光柵相位標(biāo)靶及其特征點(diǎn)提取方法，可以得到高精度的標(biāo)定數(shù)據(jù)，這樣即可采用適當(dāng)?shù)臉?biāo)定算法完成對攝像機(jī)的標(biāo)定。該標(biāo)靶和標(biāo)定數(shù)據(jù)提取方法有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明所提標(biāo)靶的制作簡單，直接在液晶顯示器上顯示由計(jì)算機(jī)生成的相移條紋圖像作為相位光柵標(biāo)靶。
(2)本發(fā)明依據(jù)相移條紋相位提取的高精度特性進(jìn)行特征點(diǎn)提取，不受閾值和投影形變的影響，因此能夠得到更高的特征點(diǎn)定位精度。
(3)本發(fā)明的操作過程簡單，只要用攝像機(jī)對標(biāo)靶拍攝圖像即可。當(dāng)標(biāo)靶同時(shí)在多個(gè)攝像機(jī)中成像時(shí)，也能將多個(gè)攝像機(jī)統(tǒng)一于同一世界坐標(biāo)系。


圖1是本發(fā)明同心圓光柵和契形光柵一幅相移標(biāo)靶示意圖。
圖2是本發(fā)明標(biāo)定數(shù)據(jù)的提取流程圖。
圖3是標(biāo)記了特征點(diǎn)的截?cái)嘞辔化B加圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，為本發(fā)明同心圓光柵和契形光柵一幅相移標(biāo)靶示意圖。同心圓光柵含有7個(gè)周期，契形光柵含有4個(gè)周期，使用正弦或者余弦灰度周期信號將空間特征點(diǎn)坐標(biāo)信息調(diào)制編碼到相位信息中，構(gòu)成相移光柵，直接由液晶顯示器顯示該相移光柵標(biāo)靶。根據(jù)本發(fā)明相移光柵標(biāo)靶的特點(diǎn)涉及了一整套的處理算法分別求同心圓光柵和契形光柵的相位分布，將兩個(gè)光柵相位圖相加，尋找疊加相位圖中相位值為零的點(diǎn)作為特征點(diǎn)，算法流如圖2所示。
根據(jù)權(quán)利要求2所述，灰度調(diào)制的同心圓光柵和契形光柵的強(qiáng)度函數(shù)分別表示為
權(quán)利要求
1.一種用于攝像機(jī)標(biāo)定的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶，其特征在于，包括以下步驟 步驟1 采用灰度調(diào)制的同心圓光柵和契形光柵將每個(gè)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)編碼到特征圖像的相位信息中，制成相移光柵標(biāo)靶；步驟2 用攝像機(jī)對標(biāo)靶從至少六個(gè)位置拍攝，獲得該標(biāo)靶的相位圖； 步驟3 對獲得圖像利用N (N大于等于3)步相移方法計(jì)算其相位分布，求得零相位點(diǎn)作為特征點(diǎn)從而完成標(biāo)定數(shù)據(jù)的獲取，利用消失點(diǎn)標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的精確標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶，其特征在于同心圓光柵含有至少5個(gè)周期，契形光柵含有至少4個(gè)周期，使用正弦或者余弦灰度周期信號將空間特征點(diǎn)坐標(biāo)信息調(diào)制編碼到相位信息中，構(gòu)成相移光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶，其特征在于使用計(jì)算機(jī)生成數(shù)字特征圖像，直接由液晶顯示器或其他數(shù)字圖像顯示器顯示該光柵標(biāo)靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N步相移方法計(jì)算相位分布，其特征在于對于同心圓光柵或契形光柵通過顯示屏顯示，分別經(jīng)過N次拍攝相應(yīng)的相移標(biāo)靶相位圖像，由N步相移算法計(jì)算其截?cái)嘞辔环植肌?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的標(biāo)定數(shù)據(jù)獲取，其特征在于通過N步相移方法處理攝像機(jī)獲取的相位標(biāo)靶圖像得到其截?cái)嘞辔环植己螅瑢⑼膱A光柵和契形光柵截?cái)嘞辔幌嗉樱?計(jì)算相位為零的點(diǎn)作為特征點(diǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于攝像機(jī)標(biāo)定的同心圓光柵和契形光柵標(biāo)靶，它涉及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域。為了解決常規(guī)圖像特征點(diǎn)的提取精度易受圖像閾值和攝像機(jī)投影變換的影響而降低的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用灰度調(diào)制的同心圓光柵和契形光柵將每個(gè)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)編碼到特征圖像的相位信息中，制成相移光柵標(biāo)靶，攝像機(jī)獲得該標(biāo)靶的相移圖像，利用N(N大于等于3)步相移法計(jì)算其相位分布，求得零相位點(diǎn)作為特征點(diǎn)從而完成標(biāo)定數(shù)據(jù)的獲取，利用基于正交的消失點(diǎn)標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的標(biāo)定。本發(fā)明提出的方法利用相移條紋相位定位精度高和受噪聲影響小的特性，提高了標(biāo)定特征點(diǎn)的精度，使得用這種標(biāo)靶時(shí)標(biāo)定精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。
文檔編號G06T7/00GK102509298SQ20111036127
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者劉元坤, 向立群, 張啟燦, 曹益平, 蘇顯渝, 薛俊鵬, 陳文靜 申請人:四川大學(xué)