專利名稱：用于攝像機標定的同心圓光柵和契形光柵標靶的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是計算機視覺領域，特別涉及一種用于攝像機標定的同心圓光柵和契形光柵標靶，通過標靶獲取空間點與計算機圖像像素點的對應關(guān)系，對攝像機進行標定的場合。
技術(shù)背景
在計算機視覺領域中，攝像機標定是所有工作的第一步，對于以攝像機為主要測量設備的視覺測量系統(tǒng)來說，攝像機標定結(jié)果直接影響著視覺測量系統(tǒng)的精度。攝像機標定實際上是確定攝像機的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，內(nèi)部參數(shù)為攝像機的幾何和光學特性，是攝像機的固有參數(shù)，不會因為攝像機位置變化等原因而改變；外部參數(shù)為攝像機坐標系相對于世界坐標系的位置關(guān)系，會因為攝像機位置變化等原因而發(fā)生變化。
攝像機標定大致分傳統(tǒng)標定方法和自標定方法，主要是根據(jù)已知尺寸和形狀的標靶進行標定。傳統(tǒng)攝像機標定方法常用的有三維標靶和二維平面標靶，由于二維標定靶的制作簡單、成本低廉等優(yōu)點，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平面標定法得到廣泛的應用。自1992年 Hartley和Faugeras首次提出自標定以來，自標定方法以其簡單方便的快速標定優(yōu)點成為計算機視覺領域的研究熱點之一。Meng(X. Meng, Z. Hu. A new easy camera calibration technique based on circular points[J]. Pattern Recognition, 2003， 36:1155^1164.)提出一種利用一個圓和過圓心的一系列直線進行攝像機標定的方法。 Jun-Sik Kim 等在文獻(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標定， 因此標定結(jié)果更好。胡釗政等(胡釗政，談正.一種基于二消失點的攝像機自標定新算法 [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進行攝像機標定的方法。但是無論哪一種方法都是基于標靶上特征點信息的，即確定標靶上特征點的空間坐標和圖像坐標。在這些特征點的提取中無論是圓形靶、方形靶還是十字叉形靶特征點都容易受到圖像閾值、投影變換和畸變的影響。特征點作為標定數(shù)據(jù)，它的提取精度會最終影響標定結(jié)果。如何克服特征點提取精度易受其它因素的影響，用更高精度的特征點數(shù)據(jù)進行攝像機標定，這是一個計算機視覺領域的重要問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于攝像機標定的同心圓光柵和契形光柵，通過該標靶獲取高精度的標定數(shù)據(jù)，從而提高攝像機的標定精度。
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特征點的空間坐標編碼到特征圖像的相位信息中，制成相移光柵標靶。
同心圓光柵含有至少5個周期，契形光柵含有至少4個周期，使用正弦或者余弦灰度周期信號將空間特征點坐標信息調(diào)制編碼到相位信息中，構(gòu)成相移光柵。使用計算機生成相移條紋圖像，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靶。
步驟二 用攝像機對標靶從至少六個位置拍攝，獲得該標靶的相位圖；步驟三對獲得圖像利用N (N大于等于3)步相移法計算其截斷相位分布，求得零相位點作為特征點從而完成標定數(shù)據(jù)的獲取，利用基于正交消失點標定算法實現(xiàn)攝像機的精確標定。
對每個位置攝像機拍攝的同心圓光柵和契形光柵標靶相移圖像，分別通過N步相移計算其相位分布，將每個拍攝位置的同心圓光柵和契形光柵相位疊加，計算相位為零的點作為高精度的特征點標定數(shù)據(jù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明主要用于各種需要對攝像機進行標定的應用場合。利用本發(fā)明提出的同心圓光柵和契形光柵相位標靶及其特征點提取方法，可以得到高精度的標定數(shù)據(jù)，這樣即可采用適當?shù)臉硕ㄋ惴ㄍ瓿蓪z像機的標定。該標靶和標定數(shù)據(jù)提取方法有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明所提標靶的制作簡單，直接在液晶顯示器上顯示由計算機生成的相移條紋圖像作為相位光柵標靶。
(2)本發(fā)明依據(jù)相移條紋相位提取的高精度特性進行特征點提取，不受閾值和投影形變的影響，因此能夠得到更高的特征點定位精度。
(3)本發(fā)明的操作過程簡單，只要用攝像機對標靶拍攝圖像即可。當標靶同時在多個攝像機中成像時，也能將多個攝像機統(tǒng)一于同一世界坐標系。


圖1是本發(fā)明同心圓光柵和契形光柵一幅相移標靶示意圖。
圖2是本發(fā)明標定數(shù)據(jù)的提取流程圖。
圖3是標記了特征點的截斷相位疊加圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
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靶示意圖。同心圓光柵含有7個周期，契形光柵含有4個周期，使用正弦或者余弦灰度周期信號將空間特征點坐標信息調(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靶。根據(jù)本發(fā)明相移光柵標靶的特點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，將兩個光柵相位圖相加，尋找疊加相位圖中相位值為零的點作為特征點，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度函數(shù)分別表示為
權(quán)利要求
1.一種用于攝像機標定的同心圓光柵和契形光柵標靶，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特征點的空間坐標編碼到特征圖像的相位信息中，制成相移光柵標靶；步驟2 用攝像機對標靶從至少六個位置拍攝，獲得該標靶的相位圖； 步驟3 對獲得圖像利用N (N大于等于3)步相移方法計算其相位分布，求得零相位點作為特征點從而完成標定數(shù)據(jù)的獲取，利用消失點標定算法實現(xiàn)攝像機的精確標定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心圓光柵和契形光柵標靶，其特征在于同心圓光柵含有至少5個周期，契形光柵含有至少4個周期，使用正弦或者余弦灰度周期信號將空間特征點坐標信息調(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靶，其特征在于使用計算機生成數(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靶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N步相移方法計算相位分布，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次拍攝相應的相移標靶相位圖像，由N步相移算法計算其截斷相位分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的標定數(shù)據(jù)獲取，其特征在于通過N步相移方法處理攝像機獲取的相位標靶圖像得到其截斷相位分布后，將同心圓光柵和契形光柵截斷相位相加， 計算相位為零的點作為特征點標定數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于攝像機標定的同心圓光柵和契形光柵標靶，它涉及計算機視覺領域。為了解決常規(guī)圖像特征點的提取精度易受圖像閾值和攝像機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特征點的空間坐標編碼到特征圖像的相位信息中，制成相移光柵標靶，攝像機獲得該標靶的相移圖像，利用N(N大于等于3)步相移法計算其相位分布，求得零相位點作為特征點從而完成標定數(shù)據(jù)的獲取，利用基于正交的消失點標定算法實現(xiàn)攝像機的標定。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，提高了標定特征點的精度，使得用這種標靶時標定精度高，穩(wěn)定性強。
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