一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法，該混合視覺系統包括Kinect攝像機和全景攝像機。所述標定方法為：分別對Kinect攝像機的RGB攝像機和全景攝像機進行標定，得到RGB攝像機和全景攝像機的內參數，并設置基于棋盤格的標定板，創建棋盤格坐標系；在空間中構建一位于全景攝像機坐標系前的虛擬攝像機投影平面，計算并得出虛擬攝像機投影平面到棋盤格坐標系的變換矩陣，進一步得到Kinect攝像機中的IR攝像機到全景攝像機的外參數。本發明能夠獲得Kinect攝像機內參數和混合視覺系統的外參數，對標定條件和混合視覺系統的空間配置關系要求低，使用靈活。
【專利說明】一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器視覺【技術領域】，特別是一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法。
【背景技術】
[0002]微軟發布的Kinect攝像機為實時獲取深度信息提供了便利。Kinect攝像機由RGB攝像機和IR深度攝像機組成。Kinect不僅價格低廉而且還能同時采集視場的深度圖和紋理圖。國內外專家學者對Kinect攝像機的研究越來越關注,其中由Kinect攝像機和全景視覺構成的混合視覺系統吸引了很多學者的關注。它集合了 Kinect攝像機實時獲取深度信息，成像清晰，分辨率大的優點和全景攝像機視場大，獲取場景信息量大的長處，同時克服了 Kinect攝像機市場小和全景攝像機分辨率低的缺點，具有廣泛的應用前景。在移動機器人中，通常將全景攝像機安裝在機器人頂部，Kinect攝像機安裝在前端,實現如物體識另IJ、物體跟蹤、3D建模和姿態識別等功能。混合視覺還在醫學上用于病人康復訓練，手語識別和盲人引導系統等。
[0003]現有標定方法存在如下缺點:
[0004]1、對標定條件要求過于苛刻。現有的標定方法對標定板的位置有特殊的要求，如標定板與攝像機軸線垂直，標定板必須放于已知的理想位置；
[0005]2、用于求解外參數的優化方法有一定局限性，需要合理的初值；
[0006]3、求解精度低。經試驗驗證，現在方法求解的攝像機之間與實際值的偏差量達到10mm，這將使重建結果產生較大誤差。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于提供一種基于Kinect攝像機的混合視覺標定方法，該方法對標定條件和兩攝像機的空間配置關系要求低，使用靈活，標定精度高，并且提高了標定效率。
[0008]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法，首先對全景攝像機進行標定，得到全景攝像機的內參數，并設置基于棋盤格的標定板，創建棋盤格坐標系，在空間中構建一位于全景攝像機坐標系前的虛擬攝像機投影平面，計算得出虛擬攝像機投影平面到棋盤格坐標系的變換矩陣，其特征在于:
[0009]所述對全景攝像機進行標定，得到全景攝像機的內參數的方法為:設全景攝像機的折反射鏡的上焦點為0m，下焦點為0。，所有入射光線均指向0m并且匯聚到0。上，將上焦點(^選作全景攝像機坐標系的原點，建立雙曲面鏡的方程，見下式:
[0010]
【權利要求】
1.一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法，首先對全景攝像機進行標定，得到全景攝像機的內參數，并設置基于棋盤格的標定板，創建棋盤格坐標系，在空間中構建一位于全景攝像機坐標系前的虛擬攝像機投影平面，計算得出虛擬攝像機投影平面到棋盤格坐標系的變換矩陣，其特征在于:所述對全景攝像機進行標定，得到全景攝像機的內參數的方法為:設全景攝像機的折反射鏡的上焦點為om，下焦點為0。,所有入射光線均指向0m并且匯聚到0。上，將上焦點om選作全景攝像機坐標系的原點，建立雙曲面鏡的方程，見下式:
2.根據權利要求1所述一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法，其特征在于:所述對RGB攝像機進行標定，得到RGB攝像機內參數的方法如下:RGB攝像機的內參數用一個3X3矩陣表示如下:
3.根據權利要求1所述一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法，其特征在于:所述對全景攝像機進行標定，得到全景攝像機內參數的方法的具體步驟如下:步驟S31:將標定板環繞全景攝像機置于不同方位，并采集相應的全景圖像，圖像的數目不少于8張；步驟S32:選擇鏡面類型、加載圖像，然后人工點擊獲取全景圖像的中心點和內邊界，利用RANSAC算法優化圓的參數，進而估計全景攝像機主點坐標；步驟S33:在全景圖像非半徑方向上提取至少3個共線的棋盤角點，利用共線點的直線約束估計焦距值；步驟S34:提取標定圖片4個最靠外的內角點，估計外參數；步驟S35:將空間棋盤角點投影到圖像上，獲得棋盤角點的像素坐標；步驟S36:估計內參數，并利用內參數及上述獲得的外參數作為初始值，全局優化，獲得最終的全景攝像機內參數。
4.根據權利要求1所述一種基于Kinect攝像機的混合視覺系統標定方法，其特征在于:分別對Kinect攝像機中的RGB攝像機以及全景攝像機進行標定，得到RGB攝像機以及全景攝像機的內參數后，按如下步驟執行，步驟S41:制作一塊格數為m2Xn2，單位尺寸為hXh的黑白棋盤格圖，作為標定板B1，其中m2、n2、bl均為自然數；步驟S42:將標定板B1正對全景攝像機放置，并保證棋盤格角點在RGB攝像機中均勻分布，清晰成像，然后建立棋盤格坐標系；步驟S43:利用獲得的RGB攝像機的內參數和標定板B1對應的的棋盤格坐標系，獲得RGB攝像機坐標系到棋盤格坐標系的旋轉矩陣凡和平移矩陣?\ ；步驟S44:在全景攝像機前，建立虛擬攝像機投影平面；步驟S45:求解RGB攝像機坐標系到全景攝像機坐標系的旋轉矩陣R和平移矩陣T:
【文檔編號】G06T7/00GK103646394SQ201310606464
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】何炳蔚, 林昌 申請人:福州大學