專利名稱：一種標(biāo)定攝像頭的方法、裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，具體涉及一種標(biāo)定攝像頭的方法、裝置和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的攝像頭標(biāo)定(也被稱為攝像機(jī)標(biāo)定)技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)量產(chǎn)時(shí)，在生產(chǎn)速度上有著很大的局限，以常用的張氏攝像頭標(biāo)定算法為例，其原理如圖1所示，采用一空間的實(shí)際靶標(biāo)11，和待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭12，實(shí)際靶標(biāo)11經(jīng)攝像頭12成像后得到像素平面的圖像13。由于輸入標(biāo)定系統(tǒng)的信息必須為一組空間點(diǎn)坐標(biāo)，即每次靶標(biāo)進(jìn)行空間移動(dòng)，即有一定的空間旋轉(zhuǎn)角度，每一角點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，和其在經(jīng)過待標(biāo)定攝像頭一次性投影后照片上各角點(diǎn)的二維像素坐標(biāo)，因此每校正一個(gè)攝像頭12，都需要手動(dòng)變換參照物(例如，靶標(biāo)11)的空間位置，每次變換后都通過攝像頭12拍攝照片，拍攝足夠多的一組照片(圖像13)后再進(jìn)行標(biāo)定。而手動(dòng)拍攝的過程必然需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，即使應(yīng)用機(jī)器手技術(shù)變換位置，其中的機(jī)械移動(dòng)時(shí)間也不可忽視。現(xiàn)有的標(biāo)定方法在建立關(guān)于待標(biāo)定攝像頭從三維空間點(diǎn)坐標(biāo)到二維照片像素坐標(biāo)一次性投影映射時(shí)，在工業(yè)量產(chǎn)時(shí)要耗費(fèi)大量的時(shí)間。可見，現(xiàn)有的標(biāo)定技術(shù)在生產(chǎn)速度根本滿足不了現(xiàn)今龐大的工業(yè)應(yīng)用需求，而且無論是人工手動(dòng)還是采用機(jī)器手都會(huì)增加時(shí)間、資金等成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何高效快速地進(jìn)行攝像頭標(biāo)定，克服目前的標(biāo)定方法需要耗費(fèi)大量時(shí)間的缺陷。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種標(biāo)定攝像頭的方法，包括對(duì)三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影將得到的二維的虛擬投影結(jié)果進(jìn)行顯示，獲取待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影得到的二維的實(shí)際投影結(jié)果；通過改變所述虛擬靶標(biāo)的空間坐標(biāo)，進(jìn)行所述虛擬投影及實(shí)際投影，得到多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果；根據(jù)所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，以及與所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果對(duì)應(yīng)的虛擬投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)所述待標(biāo)定攝像頭進(jìn)行標(biāo)定。優(yōu)選地，通過設(shè)置點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)值來構(gòu)造所述虛擬靶標(biāo)。 優(yōu)選地，對(duì)所述三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影得到二維的虛擬投影結(jié)果，包括采用已知內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的虛擬攝像頭，對(duì)所述虛擬靶標(biāo)進(jìn)行所述虛擬投影，得到所述虛擬投影結(jié)果。優(yōu)選地，所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值通過下式獲得Sm2 = P1P2M2 .其中，
D2為所述虛擬靶標(biāo)各角點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息；丸為所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的平面坐標(biāo)值；P2為所述虛擬投影的投影算子；P1為所述實(shí)際投影的投影算子；s為比例因子。優(yōu)選地，所述虛擬投影及所述實(shí)際投影采用小孔成像投影方式時(shí)盡=A42[氏名],以及P1 = A1LR1, tj ；其中A2表示所述虛擬攝像頭在所述小孔成像投影過程中的內(nèi)部參數(shù)；[R2, t2]表示所述虛擬攝像頭在所述小孔成像投影過程中的外部參數(shù)；P為7\^2經(jīng)虛擬的所述小孔成像投影后所得的坐標(biāo)點(diǎn)在投影成所述虛擬投影結(jié)果中的投影矩陣；A1表示所述實(shí)際攝像頭在所述小孔成像投影過程中的內(nèi)部參數(shù)；[R1, tj表示所述實(shí)際攝像頭在所述小孔成像過程中的外部參數(shù)。本發(fā)明還提供了一種標(biāo)定攝像頭的裝置，包括顯示模塊，用于顯示對(duì)三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影得到的二維的虛擬投影結(jié)果；控制模塊，用于改變所述虛擬靶標(biāo)的空間坐標(biāo)；標(biāo)定模塊，用于根據(jù)多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，以及與所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果對(duì)應(yīng)的虛擬投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)待標(biāo)定攝像頭進(jìn)行標(biāo)定；其中，所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果由所述待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影獲得。優(yōu)選地，所述顯示模塊包括構(gòu)造單元，用于通過設(shè)置點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)值來構(gòu)造所述虛擬靶標(biāo)；虛擬投影單元，用于采用已知內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的虛擬攝像頭，對(duì)所述虛擬靶標(biāo)進(jìn)行所述虛擬投影，得到所述虛擬投影結(jié)果。優(yōu)選地，所述標(biāo)定模塊用于通過下式獲得所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值SW2 = P1P2M2 .
5其中，D2為所述虛擬靶標(biāo)各角點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息；丸為所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的平面坐標(biāo)值；P2為所述虛擬投影的投影算子；P1為所述實(shí)際投影的投影算子；s為比例因子。本發(fā)明還提供了一種標(biāo)定攝像頭的系統(tǒng)，包括待標(biāo)定攝像頭以及如前所述的標(biāo)定攝像頭的裝置，其中所述待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影，獲得所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果。本發(fā)明的實(shí)施例通過二次投影的方式，避免了靶標(biāo)的物理的空間移動(dòng)，能加快攝像頭的標(biāo)定速度，滿足工業(yè)量產(chǎn)時(shí)的效率需求，實(shí)現(xiàn)了攝像頭標(biāo)定理論到工業(yè)快速量產(chǎn)的飛躍。


圖1是現(xiàn)有的攝像頭標(biāo)定工作原理示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖。圖3是圖2所示實(shí)施例的工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種標(biāo)定攝像頭的方法，如圖2所示，其主要包括100、對(duì)三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行第一次投影，得到二維的虛擬投影結(jié)果；該第一次投影為虛擬投影，所得到的虛擬投影結(jié)果是實(shí)際并不真實(shí)存在的平面內(nèi)的圖像；200、顯示該二維的虛擬投影結(jié)果，這一顯示將該并不真實(shí)存在的虛擬投影結(jié)果顯示在一真實(shí)的顯示屏幕如顯示器或者投影布等等，從而將本不存在的三維的虛擬靶標(biāo)轉(zhuǎn)換為一真實(shí)的二維圖像；300、獲得待標(biāo)定的攝像頭對(duì)所顯示的所述第一次投影的虛擬投影結(jié)果進(jìn)行第二次投影后得到的二維的實(shí)際投影結(jié)果并保存；該第二次投影為實(shí)際投影，所得到的實(shí)際投影結(jié)果是實(shí)際存在的平面內(nèi)的圖像；以上步驟100至步驟300的過程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于該三維的虛擬靶標(biāo)的一個(gè)二維的實(shí)際投影結(jié)果；改變所述三維的虛擬靶標(biāo)的坐標(biāo)值中的一個(gè)或多個(gè)后，重復(fù)上述步驟100 至步驟300，可以得到多個(gè)二維的實(shí)際投影結(jié)果；根據(jù)所得到的多個(gè)二維的實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值、及與各實(shí)際投影結(jié)果分別對(duì)應(yīng)的虛擬投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭完成標(biāo)定。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解對(duì)于標(biāo)定一個(gè)實(shí)際攝像頭所需要的步驟 300中的實(shí)際投影結(jié)果的數(shù)量，與虛擬靶標(biāo)的三維形狀、改變虛擬靶標(biāo)坐標(biāo)值所帶來的虛擬靶標(biāo)移動(dòng)(旋轉(zhuǎn)和/或平移等等)的方式等相關(guān)，這一次數(shù)可在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通過嘗試的方式來確定，本發(fā)明的技術(shù)方案對(duì)該實(shí)際投影結(jié)果的數(shù)量并不做限定，只要最終能夠完成對(duì)待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭的標(biāo)定即可。本實(shí)施例中，所述虛擬靶標(biāo)可以通過設(shè)置點(diǎn)(比如一系列角點(diǎn))的三維空間坐標(biāo)值來構(gòu)造。本實(shí)施例中，所述對(duì)虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影(第一次投影)的過程，可以看成是采用已知內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的虛擬攝像頭進(jìn)行投影的過程，也可以看成是根據(jù)虛擬靶標(biāo)的各坐標(biāo)值按照預(yù)定規(guī)則進(jìn)行計(jì)算的過程。其中，該預(yù)定規(guī)則可以根據(jù)已知內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的虛擬攝像頭來確定。本實(shí)施例中，第一次投影為虛擬投影，可將一三維的虛擬靶標(biāo)通過一虛擬攝像頭虛擬投影到一個(gè)二維顯示平面內(nèi)形成一虛擬的靶標(biāo)圖像(即前述的虛擬投影結(jié)果)，比如在顯示器、投影布等上投影。第二次投影為待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭的實(shí)際投影，待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭將對(duì)所述二維顯示平面上的靶標(biāo)圖像再進(jìn)行無任何空間移動(dòng)的實(shí)際投影，從而獲得三維的虛擬靶標(biāo)的二次投影圖像，也就是輸入標(biāo)定系統(tǒng)的像素坐標(biāo)。這樣就建立了一種虛擬靶標(biāo)的三維坐標(biāo)值與二維坐標(biāo)值的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，而在此過程中只有虛擬的空間移動(dòng) (也就是改變所述虛擬靶標(biāo)的坐標(biāo)值)，不存在實(shí)際任何設(shè)備的任何物理的空間移動(dòng)，因此避免了現(xiàn)有方法在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)非常耗時(shí)的不足，大大提高了攝像頭的標(biāo)定效率。圖3描述的是本發(fā)明實(shí)施例的工作原理圖，與圖1所示現(xiàn)有的攝像頭標(biāo)定工作原理圖相比有了很大的不同。圖3中21為一電腦虛擬的空間靶標(biāo)(實(shí)際并不存在相應(yīng)的物理設(shè)備，后稱虛擬靶標(biāo))，22為一電腦虛擬的攝像頭(實(shí)際也不存在相應(yīng)的物理設(shè)備，后稱虛擬攝像頭)，23為一二維的實(shí)際的顯示屏幕(實(shí)際的物理設(shè)備)，虛擬的空間靶標(biāo)21經(jīng)過虛擬的攝像頭22成像后，將成像結(jié)果顯示到實(shí)際的顯示屏幕23上，由虛擬的空間靶標(biāo)21、 虛擬的攝像頭22以及實(shí)際的顯示屏幕23 —起完成前述所講的第一次虛擬投影過程，這一過程是虛擬的投影過程。在此過程中已知虛擬的空間靶標(biāo)21上各角點(diǎn)的詳細(xì)信息，已知虛擬的攝像頭22的全部內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，已知虛擬的空間靶標(biāo)21相對(duì)實(shí)際的顯示屏幕 23的全部空間信息。24為待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭，25為實(shí)際的顯示屏幕23上虛擬的空間靶標(biāo)21所成的圖像經(jīng)待標(biāo)定的實(shí)際攝像頭M后生成的實(shí)際投影圖像。同樣由實(shí)際的顯示屏幕23、待標(biāo)定的實(shí)際的攝像頭M以及實(shí)際投影圖像25構(gòu)成了本發(fā)明前述所講的第二次投影的過程，這一過程是實(shí)際的投影過程。這樣，虛擬靶標(biāo)21上各角點(diǎn)的信息經(jīng)過虛擬攝像頭22的虛擬投影、實(shí)際攝像頭M 的真實(shí)投影后，與像素平面中的實(shí)際投影圖像25建立了一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過調(diào)整虛擬靶標(biāo) 21的坐標(biāo)值，可以提供足夠的信息來求解實(shí)際攝像頭M的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，以完成對(duì)實(shí)際攝像頭對(duì)的標(biāo)定。在此過程中，只需要虛擬移動(dòng)空間靶標(biāo)21，而不存在任何實(shí)際設(shè)備的任何物理的空間移動(dòng)，也就避免了圖1所示現(xiàn)有技術(shù)中的不足，大大提高了攝像頭的標(biāo)定效率?，F(xiàn)有的攝像頭標(biāo)定計(jì)算原理關(guān)系式如式(1)所示Sm1 = PM1( J )城為圖1中實(shí)際靶標(biāo)11各角點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)值，該實(shí)際靶標(biāo)11不局限于張氏標(biāo)定法中的靶標(biāo)樣式(平面棋盤格)，可以是任何形式的可用于計(jì)算的空間參照物。餌為圖1中實(shí)際攝像頭12每次拍攝實(shí)際靶標(biāo)11所獲得的各角點(diǎn)的像素坐標(biāo)值 (平面坐標(biāo)值)，即圖像13上各角點(diǎn)的像素坐標(biāo)值，餌與城一一對(duì)應(yīng)。S:為一任意的比例因子。P 圖1中，實(shí)際靶標(biāo)11各角點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值到圖像13各角點(diǎn)像素坐標(biāo)系(平面坐標(biāo)系)坐標(biāo)值的投影算子，對(duì)應(yīng)的投影方式可以包括小孔投影、透視投影或者平行投影等多種投影方式，實(shí)際該算子內(nèi)包含了實(shí)際攝像頭12的內(nèi)外參數(shù)信息。本發(fā)明的實(shí)施例中，所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值可通過下式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.一種標(biāo)定攝像頭的方法，包括對(duì)三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影將得到的二維的虛擬投影結(jié)果進(jìn)行顯示，獲取待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影得到的二維的實(shí)際投影結(jié)果；通過改變所述虛擬靶標(biāo)的空間坐標(biāo)，進(jìn)行所述虛擬投影及實(shí)際投影，得到多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果；根據(jù)所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，以及與所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果對(duì)應(yīng)的虛擬投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)所述待標(biāo)定攝像頭進(jìn)行標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過設(shè)置點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)值來構(gòu)造所述虛擬靶標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)所述三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影得到二維的虛擬投影結(jié)果，包括采用已知內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的虛擬攝像頭，對(duì)所述虛擬靶標(biāo)進(jìn)行所述虛擬投影，得到所述虛擬投影結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值通過下式獲得S^2 = P1P2D2. 其中，D2為所述虛擬靶標(biāo)各角點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息； 丸為所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的平面坐標(biāo)值； P2為所述虛擬投影的投影算子； P1為所述實(shí)際投影的投影算子； S為比例因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述虛擬投影及所述實(shí)際投影采用小孔成像投影方式時(shí)P2= pA2[R2,t2],以及P1 = A1LR1, tj ； 其中A2表示所述虛擬攝像頭在所述小孔成像投影過程中的內(nèi)部參數(shù)； [R2, t2]表示所述虛擬攝像頭在所述小孔成像投影過程中的外部參數(shù)； 0為々2經(jīng)虛擬的所述小孔成像投影后所得的坐標(biāo)點(diǎn)在投影成所述虛擬投影結(jié)果中的投影矩陣；A1表示所述實(shí)際攝像頭在所述小孔成像投影過程中的內(nèi)部參數(shù)； [R1, tj表示所述實(shí)際攝像頭在所述小孔成像過程中的外部參數(shù)。
6.一種標(biāo)定攝像頭的裝置，包括顯示模塊，用于顯示對(duì)三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影得到的二維的虛擬投影結(jié)果； 控制模塊，用于改變所述虛擬靶標(biāo)的空間坐標(biāo)；標(biāo)定模塊，用于根據(jù)多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，以及與所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果對(duì)應(yīng)的虛擬投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)待標(biāo)定攝像頭進(jìn)行標(biāo)定；其中，所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果由所述待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影獲得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述顯示模塊包括 構(gòu)造單元，用于通過設(shè)置點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)值來構(gòu)造所述虛擬靶標(biāo)；虛擬投影單元，用于采用已知內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的虛擬攝像頭，對(duì)所述虛擬靶標(biāo)進(jìn)行所述虛擬投影，得到所述虛擬投影結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述標(biāo)定模塊用于通過下式獲得所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值S^2 = P1P2D2.5其中，D2為所述虛擬靶標(biāo)各角點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息； 丸為所述實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的平面坐標(biāo)值； P2為所述虛擬投影的投影算子； P1為所述實(shí)際投影的投影算子； S為比例因子。
9.一種標(biāo)定攝像頭的系統(tǒng)，包括待標(biāo)定攝像頭以及如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的標(biāo)定攝像頭的裝置，其中所述待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影，獲得所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種標(biāo)定攝像頭的方法、裝置和系統(tǒng)，克服目前的標(biāo)定方法需要耗費(fèi)大量時(shí)間的缺陷，該方法包括對(duì)三維的虛擬靶標(biāo)進(jìn)行虛擬投影將得到的二維的虛擬投影結(jié)果進(jìn)行顯示，獲取待標(biāo)定攝像頭對(duì)所述虛擬投影結(jié)果進(jìn)行實(shí)際投影得到的二維的實(shí)際投影結(jié)果；通過改變所述虛擬靶標(biāo)的空間坐標(biāo)，進(jìn)行所述虛擬投影及實(shí)際投影，得到多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果；根據(jù)所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，以及與所述多個(gè)實(shí)際投影結(jié)果對(duì)應(yīng)的虛擬投影結(jié)果中各角點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)所述待標(biāo)定攝像頭進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明的實(shí)施例能加快攝像頭的標(biāo)定速度，實(shí)現(xiàn)了攝像頭標(biāo)定理論到工業(yè)快速量產(chǎn)的飛躍。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102314682SQ20111019258
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者李東方, 簡培云 申請(qǐng)人:深圳超多維光電子有限公司