專(zhuān)利名稱(chēng)：一種標(biāo)靶校正方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、三維測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定的標(biāo)靶制作及校正。
背景技術(shù)：
攝像機(jī)標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和三維測(cè)量領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，而攝像機(jī)標(biāo)定均需要一個(gè)高精度標(biāo)靶，而且標(biāo)靶的精度決定了攝像機(jī)標(biāo)定及測(cè)量的精度。通常一個(gè)高精密的標(biāo)靶制作加工復(fù)雜、成本較高；目前，僅對(duì)于獲取一個(gè)精度達(dá)到微米級(jí)的二維平面標(biāo)靶來(lái)說(shuō)，通常有兩種方式第一種，需要高精密加工儀器，以保證標(biāo)靶上標(biāo)志點(diǎn)的距離精度達(dá)到微米級(jí)； 第二種，借用微米級(jí)精度的二維影像儀測(cè)量出所有標(biāo)志點(diǎn)的間距或坐標(biāo)。這兩種方法均比較復(fù)雜，且成本較高。因此，一種簡(jiǎn)易方便、低成本的標(biāo)靶校正方法對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定具有重要意義。自^iang提出了基于二維平面標(biāo)靶的攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)(Z. a^ng. "A flexible newtechnique for camera calibration，，· IEEE Transactions on Pattern Analysis andMachine Intelligence, 22 (11) :1330-1334,2000)以來(lái)，其獲得了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。 但該方法須以標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)為已知條件。一般的平面標(biāo)靶，以圓形標(biāo)志點(diǎn)為例，其標(biāo)志點(diǎn)的形狀(圓度和邊緣)可以達(dá)到精度要求，但其圓心的坐標(biāo)精度較難保證。如果用其它手段(如用二維影像測(cè)量?jī)x)逐一測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)易、成本較低且適用于不同尺寸標(biāo)靶的校正方法，以準(zhǔn)確獲取所有標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，定位精度可達(dá)到微米級(jí)。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種標(biāo)靶校正方法，包括以下步驟從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)；分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種標(biāo)靶校正系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括圖像采集模塊，用于從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志
點(diǎn)；提取模塊，用于分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；識(shí)別模塊，用于建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；運(yùn)算模塊，用于計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；縮放模塊，用于獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。本發(fā)明實(shí)施例先從不同角度拍攝標(biāo)靶，獲取多幅圖像，分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)，建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束，最后獲取尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸，經(jīng)本方法制作及校正的標(biāo)靶具有較高的精度，操作簡(jiǎn)易，成本低。因而本方法及系統(tǒng)可廣泛適用于視覺(jué)測(cè)量及系統(tǒng)標(biāo)定。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正方法的實(shí)現(xiàn)流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例中平面標(biāo)靶的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)碼單反相機(jī)拍攝標(biāo)靶的角度示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例中標(biāo)靶編號(hào)及拓?fù)潢P(guān)系示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例中攝影測(cè)量結(jié)果及數(shù)碼單反相機(jī)與標(biāo)靶的位置關(guān)系圖
圖6是本發(fā)明實(shí)施例中攝影測(cè)量的重投影誤差分布圖7是本發(fā)明實(shí)施例中條紋投影測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例中標(biāo)準(zhǔn)球的三維圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例先從不同角度拍攝標(biāo)靶，獲取多幅圖像，分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)，建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束，最后獲取尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸，經(jīng)本方法制作及校正的標(biāo)靶具有較高的精度，操作簡(jiǎn)易，成本低。本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正方法包括以下步驟從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)；分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正系統(tǒng)包括圖像采集模塊，用于從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志
點(diǎn)
提取模塊，用于分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；識(shí)別模塊，用于建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；運(yùn)算模塊，用于計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；縮放模塊，用于獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下在步驟SlOl中，從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，該標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)；本發(fā)明實(shí)施例于一發(fā)黑的金屬板或陶瓷板印刷或粘貼多個(gè)白色標(biāo)志點(diǎn)制成平面標(biāo)靶，標(biāo)志點(diǎn)的圖案具有多種(如方形、圓形)，優(yōu)選為圓形，如圖2所示。圖2所示的標(biāo)靶具有99個(gè)圓形標(biāo)志點(diǎn)，其中外圍套圓環(huán)的4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)圓環(huán)點(diǎn))僅用于標(biāo)識(shí)99 個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的位置拓?fù)潢P(guān)系，以自動(dòng)識(shí)別各個(gè)標(biāo)志點(diǎn)。該圖案中每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)間距大致相同，其精度取決于印刷精度。為從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，將標(biāo)靶置于水平面，鎖定數(shù)碼單反相機(jī)的鏡頭焦距，分別從多個(gè)角度對(duì)標(biāo)靶進(jìn)行拍攝。選擇如圖3所示的6個(gè)角度進(jìn)行拍攝即可獲得理想的結(jié)果。此處以6個(gè)角度為例，并非用于限制本發(fā)明。拍攝時(shí)只要保證標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)被拍攝到，圖像清晰即可。具體地，圖3中位置1、位置2、位置3和位置4分別從標(biāo)靶的四個(gè)側(cè)面斜向下拍攝，其中相機(jī)中心與標(biāo)靶中心的連線與標(biāo)靶平面的夾角約45度；位置5和位置6為相同的位置，只是相機(jī)旋轉(zhuǎn)了 180度，位置5和位置6是從標(biāo)靶的正中位置垂直向下拍攝，其中相機(jī)中心與標(biāo)靶中心的連線與標(biāo)靶平面幾乎垂直。在步驟S102中，分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；本發(fā)明實(shí)施例對(duì)所有圓形標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行中心定位，并以標(biāo)志點(diǎn)的中心為特征點(diǎn)，具體過(guò)程如下乂印1，去除圖像噪聲；本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)高斯濾波去除圖像噪聲。乂印2，對(duì)橢圓邊緣進(jìn)行像素級(jí)粗定位；本發(fā)明實(shí)施例利用邊緣檢測(cè)算子(如Carmy算子)對(duì)橢圓邊緣進(jìn)行像素級(jí)粗定位。Step3,識(shí)別標(biāo)志點(diǎn)；本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)以下兩個(gè)條件對(duì)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。其一，標(biāo)志點(diǎn)輪廓所包含的像素?cái)?shù)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)；其二，標(biāo)志點(diǎn)輪廓是閉合的。同時(shí)滿足該兩個(gè)條件的被認(rèn)為是標(biāo)志點(diǎn)。乂印4，對(duì)橢圓邊緣進(jìn)行亞像素級(jí)精定位；本發(fā)明實(shí)施例對(duì)像素級(jí)邊緣的每個(gè)像素的5X5鄰域進(jìn)行三次多項(xiàng)式曲面擬合， 求取曲面的一階導(dǎo)數(shù)局部極值的位置，即亞像素位置。Mep5，對(duì)橢圓邊緣點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合，得到所述標(biāo)志點(diǎn)的圓心的亞像素定位， 并以所述標(biāo)志點(diǎn)的圓心作為特征點(diǎn)。在步驟S103中，建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；本發(fā)明實(shí)施例采用圖2所示的標(biāo)靶圖案，其同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定如下乂印1，從標(biāo)靶上多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中選取部分標(biāo)志點(diǎn)作為識(shí)別點(diǎn)，該識(shí)別點(diǎn)為多個(gè)。本發(fā)明實(shí)施例以上述四個(gè)圓環(huán)點(diǎn)作為識(shí)別點(diǎn)，根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)的周長(zhǎng)區(qū)分大小圓，得到四個(gè)圓環(huán)點(diǎn)的中心坐標(biāo)。乂印2，對(duì)標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)；本發(fā)明實(shí)施例按照從左至右、從上至下的順序?qū)?biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，用Pi (i彡99)表示標(biāo)靶上編號(hào)為i的標(biāo)志點(diǎn)，如圖4所示。因而四個(gè)圓環(huán)點(diǎn)的編號(hào)分別為P28、 P69> P71和P75，但無(wú)法區(qū)分。St印3，將四個(gè)圓環(huán)點(diǎn)的中心兩兩連線，可得042 =6條直線lm_n(m，η = 28，69，71， 75，且m興η)。求任意兩條直線之間的夾角，可得C62 = 15個(gè)夾角。理想情況下，直線169_71、 169-75和171-75互相平行，每?jī)蓷l直線的夾角均為0。由于噪聲和圓心定位誤差的存在，每?jī)蓷l直線的夾角為接近0的小數(shù)。而15個(gè)夾角中，最小值必然產(chǎn)生在上述3條直線(直線 169-71、169-75和171-75)的夾角之間。因此，查找形成最小夾角的兩條直線，不在這兩條直線上的點(diǎn)即可確定為Ρ28。St印4，在P69、P71、P75三點(diǎn)中，距離最近的兩點(diǎn)為P69和P71，則另一個(gè)點(diǎn)可確定為 ρ乂印5，距離P75較近的點(diǎn)為P71，另一個(gè)點(diǎn)為P69。乂印6，連接^8及距^8較近的點(diǎn)，計(jì)算這些連線與169_75的夾角，夾角最小的兩條直線必為128_27和128_29，由此可確定P27和P29兩點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意，此時(shí)這兩點(diǎn)(P27和P29)不能互相區(qū)分。接著判斷P27 P29和P69中哪兩點(diǎn)是否位于直線Ii71的同側(cè)，與P69同側(cè)的是P27， 與P69異側(cè)的是ρ29。Step7,由上述六個(gè)點(diǎn)(P27、P28、P29、P69、P71和P75)的拓?fù)潢P(guān)系即可確定相機(jī)采集的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像之間的單應(yīng)矩陣H，由此矩陣H將采集圖像中的標(biāo)志點(diǎn)變換到標(biāo)準(zhǔn)圖像，并搜索與變換后的標(biāo)志點(diǎn)距離最近的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)志點(diǎn)，以該標(biāo)志點(diǎn)的編號(hào)作為采集圖像中對(duì)應(yīng)標(biāo)志點(diǎn)的編號(hào)。其中標(biāo)準(zhǔn)圖像中標(biāo)志點(diǎn)間的距離相等。在步驟S104中，計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；本發(fā)明實(shí)施例利用近景攝影測(cè)量技術(shù)計(jì)算標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)(該三維坐標(biāo)是缺少一個(gè)尺度因子的相對(duì)坐標(biāo))并標(biāo)定出數(shù)碼單反相機(jī)的內(nèi)參及外參。關(guān)于近景攝影測(cè)量技術(shù)具體可參見(jiàn)黃桂平《數(shù)字近景工業(yè)攝影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》，博士論文，天津，天津大學(xué)，2005。其主要流程為(1)建立數(shù)碼相機(jī)成像的數(shù)學(xué)模型(為達(dá)到高精度結(jié)果，需考慮相機(jī)鏡頭的非線性畸變)，構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；⑵以標(biāo)準(zhǔn)圖像中標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)作為初始估計(jì)，獲取數(shù)碼單反相機(jī)的初始參數(shù)值；C3)由光束平差法(Bundle Adjustment) 對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得所有特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，Λ)(99，如圖5所示。圖6示出了最終重投影誤差分布圖，其重投影誤差不超過(guò)2個(gè)像素，滿足本發(fā)明實(shí)施例中攝影測(cè)量的要求。在步驟S105中，獲取尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。本發(fā)明實(shí)施例具有兩種方式獲取尺度因子，具體為方式一，利用標(biāo)靶上任意兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的絕對(duì)尺寸作為標(biāo)尺進(jìn)行縮放；(1)獲取標(biāo)靶上任意兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的實(shí)際尺寸，可利用影像測(cè)量?jī)x等高精度測(cè)量?jī)x器獲取。假設(shè)測(cè)得第i個(gè)標(biāo)志點(diǎn)與第j個(gè)標(biāo)志點(diǎn)實(shí)際距離為本實(shí)例中取i = 1，j = 99，測(cè)得 Clij = M9. 1522mm)。(2)計(jì)算尺度因子S=、，其中(KXiJj)為由近景攝影測(cè)量獲得的第i個(gè)標(biāo)
α\Λ ^Λ j)
志點(diǎn)坐標(biāo)與第j個(gè)標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)的距離(本實(shí)例中d(Xi; X99) = 315. 6023mm, s = 0. 7895)。
(3)將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)&均乘以該尺度因子s作為校正后的標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)，即 X' k = s · Xk, k = 1,2, Λ99。方式二，利用該標(biāo)靶對(duì)相位映射測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，并用該測(cè)量系統(tǒng)采集一個(gè)尺寸已知的標(biāo)準(zhǔn)球面的三維數(shù)據(jù)擬合出球面半徑，真實(shí)的球半徑與該擬合半徑的比值即為尺度因子，將所有攝影測(cè)量獲得的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)均乘以該尺度因子，即得標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)的實(shí)際尺寸。具體過(guò)程如下(1)搭建基于相位映射的條紋投影測(cè)量系統(tǒng)，如圖7所示，該測(cè)量系統(tǒng)由位于中間的投影機(jī)101和分別位于投影機(jī)101兩旁的CXD攝像機(jī)102與CXD攝像機(jī)103構(gòu)成。投影機(jī)101將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的正弦條紋結(jié)構(gòu)光投射至被測(cè)物體104上，被測(cè)物體104的深度變化對(duì)條紋的相位進(jìn)行調(diào)制，獲得相位編碼的條紋圖，并由CCD攝像機(jī)102與CCD攝像機(jī)103記錄該條紋圖。對(duì)編碼條紋圖進(jìn)行相位解調(diào)與相位展開(kāi)，獲取相應(yīng)于物體深度信息的絕對(duì)相位分布圖。然后結(jié)合系統(tǒng)的標(biāo)定信息確定相位與深度的映射關(guān)系，從而獲取物體的深度信肩、ο(2)利用該標(biāo)靶標(biāo)定上述測(cè)量系統(tǒng)，具體標(biāo)定方法可參見(jiàn)(S. Zhang, P. S. Huang. "Novel method for structured light system calibration " . Optical Engineering, 45 (8) :083601, 2006)，該標(biāo)定主要由雙目立體視覺(jué)確定上述兩個(gè)CCD攝像機(jī)的內(nèi)參和外參以及它們之間的位置關(guān)系。由于該標(biāo)靶的標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)是缺少一個(gè)尺度因子的，其標(biāo)定結(jié)果會(huì)造成系統(tǒng)的測(cè)量尺寸與實(shí)際真實(shí)尺寸相比有該尺度因子的縮放。(3)由該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)一個(gè)實(shí)際半徑尺寸為R的標(biāo)準(zhǔn)球表面進(jìn)行測(cè)量(實(shí)例中標(biāo)準(zhǔn)球的半徑為25. 0345mm)，從一個(gè)視場(chǎng)采集即可獲得其部分球面的三維數(shù)據(jù)(圖8為實(shí)例中標(biāo)準(zhǔn)球的三維圖，共134270個(gè)點(diǎn))。(4)對(duì)獲取的球面三維數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合出球面方程，并計(jì)算擬合球的半徑 r (實(shí)例中擬合得到球的半徑r為31. 6998mm)。(5)計(jì)算尺度因子S = $ (實(shí)例中計(jì)算s為0.7897)。
r(6)將所有攝影測(cè)量獲得的標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)&均乘以該尺度因子s作為校正后的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo) X' k = s · &，k = 1，2，Λ99?？梢?jiàn)，方式二不僅可以準(zhǔn)確地校正標(biāo)靶，同時(shí)還可將基于相位的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定。與傳統(tǒng)采用二維影像測(cè)量?jī)x逐個(gè)標(biāo)志點(diǎn)測(cè)量相比，本方法只需一個(gè)數(shù)碼相機(jī)即可對(duì)標(biāo)靶上標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行校正，不僅減少了工作量和處理環(huán)節(jié)，而且降低了成本。其次， 傳統(tǒng)平面標(biāo)靶制作要求標(biāo)靶平面具有較高的平整度，而本方法對(duì)標(biāo)靶平面的平整度不作要求，亦可大大降低制作成本。再者，由于本方法能方便、準(zhǔn)確地對(duì)平面標(biāo)靶進(jìn)行校正，結(jié)合手工粘貼標(biāo)志點(diǎn)的方法制作標(biāo)靶，無(wú)需精密昂貴的加工工具，可極大地簡(jiǎn)化標(biāo)靶的制作。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM/ RAM、磁盤(pán)、光盤(pán)等。圖9示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，為了便于描述，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
如圖9所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)靶校正系統(tǒng)包括圖像采集模塊901、提取模塊 902、識(shí)別模塊903、運(yùn)算模塊904和縮放模塊905。其中圖像采集模塊901用于從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)；提取模塊902用于分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；識(shí)別模塊903用于建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；運(yùn)算模塊904用于計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；縮放模塊905用于獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。上述各個(gè)模塊(單元)的工作原理如上文所述，此處不再加以贅述。上述標(biāo)靶校正系統(tǒng)的各個(gè)模塊(單元)可以為軟件單元、硬件單元或者軟硬件結(jié)合的單元，軟件單元部分可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁盤(pán)、光盤(pán)寸。本發(fā)明實(shí)施例先從不同角度拍攝標(biāo)靶，獲取多幅圖像，分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)，建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束，最后獲取尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸，經(jīng)本方法制作及校正的標(biāo)靶具有較高的精度，操作簡(jiǎn)易，成本低。同時(shí)，采用條紋投影測(cè)量系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)球獲取尺度因子，校正精度更高，其中相對(duì)精度(絕對(duì)精度/標(biāo)靶尺寸) 可達(dá)到1 10000。此外，本方法可適用于從IOmm至^!的各種尺寸及各種形狀的標(biāo)靶校正，并能夠保持同樣的相對(duì)精度，這是其他傳統(tǒng)方法無(wú)法達(dá)到的。因而本方法和系統(tǒng)可廣泛適用于視覺(jué)測(cè)量及系統(tǒng)標(biāo)定。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)； 分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)；建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束； 獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，由一臺(tái)數(shù)碼單反相機(jī)從多個(gè)不同的角度對(duì)標(biāo)靶進(jìn)行拍攝，獲取多幅清晰的圖像；拍攝時(shí)，鎖定所述數(shù)碼單反相機(jī)的鏡頭焦距，各圖像包含所述標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸的步驟具體為測(cè)得標(biāo)靶上第i個(gè)標(biāo)志點(diǎn)與第j個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的實(shí)際距離Clij ；計(jì)算尺度因子S =^、，其中(KXi, Xj)為由攝影測(cè)量獲得的第i個(gè)標(biāo)志點(diǎn)與第j 個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的距離；將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)&均乘以所述尺度因子S作為校正后的標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)，即
4.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸的步驟具體為搭建條紋投影測(cè)量系統(tǒng)； 由所述標(biāo)靶標(biāo)定所述測(cè)量系統(tǒng)；由所述測(cè)量系統(tǒng)對(duì)一個(gè)實(shí)際半徑為R的標(biāo)準(zhǔn)球表面進(jìn)行測(cè)量，從一個(gè)視場(chǎng)采集其部分球面的三維數(shù)據(jù)；由所述球面的三維數(shù)據(jù)擬合出球面方程，并計(jì)算出擬合球的半徑r ；計(jì)算尺度因子 =$ ； 將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)&均乘以所述尺度因子S作為校正后的標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)，即
5.如權(quán)利要求4所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述條紋投影測(cè)量系統(tǒng)為基于相位映射的條紋投影測(cè)量系統(tǒng)，由位于所述標(biāo)靶上方的投影機(jī)以及位于所述投影機(jī)兩旁的 CCD攝像機(jī)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述標(biāo)志點(diǎn)為圓形標(biāo)志點(diǎn)，所述圓形標(biāo)志點(diǎn)經(jīng)成像為橢圓，所述分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)的步驟具體為去除所述圖像的噪聲； 對(duì)所述橢圓的邊緣進(jìn)行像素級(jí)粗定位； 識(shí)別所述標(biāo)志點(diǎn)；對(duì)所述橢圓的邊緣進(jìn)行亞像素級(jí)精定位；對(duì)所述橢圓的邊緣點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合，得到所述標(biāo)志點(diǎn)的圓心的亞像素定位，以所述標(biāo)志點(diǎn)的圓心作為特征點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的步驟具體為從所述多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中選取部分標(biāo)志點(diǎn)作為識(shí)別點(diǎn)，所述識(shí)別點(diǎn)為多個(gè)； 對(duì)所述標(biāo)靶上所有標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)； 確定各識(shí)別點(diǎn)的編號(hào)及它們之間的拓?fù)潢P(guān)系；由所述拓?fù)潢P(guān)系確定所述相機(jī)采集的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像之間的單應(yīng)矩陣，由所述單應(yīng)矩陣將所述采集圖像中的標(biāo)志點(diǎn)變換至標(biāo)準(zhǔn)圖像，并搜索與變換后的標(biāo)志點(diǎn)距離最近的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)志點(diǎn)，以所述最近的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)的編號(hào)作為采集圖像中對(duì)應(yīng)標(biāo)志點(diǎn)的編號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述識(shí)別點(diǎn)包括四個(gè)圓環(huán)點(diǎn)，其編號(hào)分別為P28、P69、P71和P75，但未能區(qū)分；所述確定各識(shí)別點(diǎn)的編號(hào)的具體步驟為將四個(gè)圓環(huán)點(diǎn)的中心兩兩連線，得到<^42 = 6條直線lm_n(m，η = 28，69，71，75，且m乒η)； 求任意兩條直線之間的夾角，得到C62 = 15個(gè)夾角；直線169_71、169_75和171_75互相平行，每?jī)蓷l直線的夾角為接近0的小數(shù)；15個(gè)夾角中，最小值產(chǎn)生在這三條直線169-71、169_75和171_75的夾角之間；查找形成最小夾角的兩條直線，不在這兩條直線上的點(diǎn)確定為Pm ；在Ρ69、Ρ71和P75三個(gè)圓環(huán)點(diǎn)中，距離最近的兩點(diǎn)為P69和P71,則另一個(gè)點(diǎn)確定為P75 ； 距離P75較近的點(diǎn)為P71，則另一個(gè)點(diǎn)為P69 ；連接 及距P28較近的點(diǎn)，計(jì)算這些連線與169_75的夾角，夾角最小的兩條直線為128_27 和128_29，由此確定P27和P29兩點(diǎn)，此時(shí)P27和P29未能互相區(qū)分；判斷P27 P29和P69中哪兩點(diǎn)位于直線1階71的同側(cè)，與P69同側(cè)的是P27，與P69異側(cè)的是Pr29°
9.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)靶校正方法，其特征在于，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由近景攝影測(cè)量技術(shù)獲取，步驟具體為建立所述數(shù)碼單反相機(jī)成像的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；以標(biāo)準(zhǔn)圖像中標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)作為初始估計(jì)，獲取所述數(shù)碼單反相機(jī)的初始參數(shù)值； 由光束平差法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲取各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束。
10.一種標(biāo)靶校正系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括圖像采集模塊，用于從不同角度獲取標(biāo)靶的多幅圖像，所述標(biāo)靶設(shè)有多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)； 提取模塊，用于分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)； 識(shí)別模塊，用于建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；運(yùn)算模塊，用于計(jì)算所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所述特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束；縮放模塊，用于獲取所述尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸。
全文摘要
本發(fā)明適用于機(jī)器視覺(jué)、三維測(cè)量領(lǐng)域，提供了一種標(biāo)靶校正方法及系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)施例先從不同角度拍攝標(biāo)靶，獲取多幅圖像，分別提取各圖像中標(biāo)志點(diǎn)的中心作為特征點(diǎn)，建立各幅圖像間同名標(biāo)志點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合近景攝影測(cè)量技術(shù)計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)由尺度因子所約束，最后獲取尺度因子，將各特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)縮放至實(shí)際尺寸，經(jīng)本方法制作及校正的標(biāo)靶具有較高的精度，操作簡(jiǎn)易，成本低。同時(shí)，采用條紋投影測(cè)量系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)球獲取尺度因子，校正精度更高，其中相對(duì)精度(絕對(duì)精度/標(biāo)靶尺寸)可達(dá)到1∶10000。因而本方法及系統(tǒng)可廣泛適用于視覺(jué)測(cè)量及系統(tǒng)標(biāo)定。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102376089SQ201010580900
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者何懂, 劉曉利, 彭翔, 殷永凱 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)