一種用于三維重建系統(tǒng)的標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種標(biāo)定方法，獲取標(biāo)定圖像在光投射設(shè)備底片上的位置坐標(biāo)；記錄光投射設(shè)備在第一焦距和第二焦距下投射的投影圖像，形成第一記錄圖像及第二記錄圖像，分析第一記錄圖像及第二記錄圖像，并計算光投射設(shè)備的光心坐標(biāo)及標(biāo)定圖像的坐標(biāo)；基于光投射設(shè)備在第一位置及第二位置時不同的投影圖像大小及光投射設(shè)備與投影屏的相對距離，計算所述光投射設(shè)備的焦距；將光投射設(shè)備固定在第二位置，基于投影圖像及記錄圖像計算所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距。采用上述技術(shù)方案后，可以以簡單的方式精確地標(biāo)定光投影設(shè)備及光感應(yīng)設(shè)備的參數(shù)值。
【專利說明】一種用于三維重建系統(tǒng)的標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)三維測量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于三維重建系統(tǒng)的標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著三維打印技術(shù)的發(fā)展，快速并且精確地獲取物體的三維數(shù)據(jù)并進(jìn)行三維建模具有重要的現(xiàn)實意義和研究價值。通常，人們獲取物體三維模型的方式有三種:第一種方式是利用建模軟件，例如AutoCAD等軟件構(gòu)造出接近真實物體的三維模型；第二種方式是利用對場景實拍的一系列圖像或者視頻來重建三維模型；而第三種方式則是通過三維掃描設(shè)備對物體表面進(jìn)行三維掃描以獲取物體的三維信息從而重建三維模型。
[0003]其中，第三種方式即三維掃描的方式，相比前兩種方式，能夠獲得比較精確的三維數(shù)據(jù)，適用于有一定精度要求的建模應(yīng)用中，如復(fù)雜機(jī)械零件，文物等。而且三維掃描的方式除了精度高的優(yōu)點外，另一個優(yōu)點是使用比較簡單方便，并且建模所需時間很少。而三維掃描的方式按照測距探頭不同，基本上可以分為兩個大類:接觸式掃描和非接觸式掃描。接觸式掃描利用接觸式探頭，在測量時探頭需要和被測物體接觸，雖然測量精度非常高，而且測量時完全不受物體表面反光、色彩等屬性的影響，但是由于測距探頭要接觸被測物體表面且要產(chǎn)生一定的壓力，所以會對被測物體造成一定程度的損傷，而且掃描時需要逐點測量，速度較慢，獲取效率難以忍受；且由于測距探頭需要接觸被測物體并產(chǎn)生壓力，因此對被測物體的材質(zhì)有一定的要求，只能測量表面材質(zhì)比較硬的物體。
[0004]而非接觸式掃描采用光投射裝置將激光或者可見光投射到被測物體表面，然后利用光感應(yīng)設(shè)備對發(fā)射的光進(jìn)行感光，再利用各種理論和技術(shù)計算出被測物體表面的深度信息，從而無需與被測物體直接接觸，所以不會直接對被測物體產(chǎn)生物理損傷。這種非接觸式掃描方式也稱為光學(xué)三維測量，其在工業(yè)自動檢測、產(chǎn)品質(zhì)量控制、逆向設(shè)計、生物醫(yī)學(xué)、三維文物數(shù)字信息記錄、人體測量等眾多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。
[0005]以上非接觸式掃描方式實現(xiàn)時，為了精確測量物體表面各點的位置并在后續(xù)的三維重建中建模，需要對光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的內(nèi)部和外部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并將標(biāo)定后的各參數(shù)引用至后續(xù)三維重建方法中。因此，標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響到三維重建模型與目標(biāo)物體的一致性。故，需要一種具有高精度、且快速有效的標(biāo)定方法，以測量準(zhǔn)確的外部及內(nèi)部參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于三維重建系統(tǒng)的標(biāo)定方法，以簡單的方式精確地標(biāo)定光投影設(shè)備及光感應(yīng)設(shè)備的參數(shù)值。
[0007]本發(fā)明公開了一種用于三維重建系統(tǒng)的標(biāo)定方法，所述三維重建系統(tǒng)包括光感應(yīng)設(shè)備、光投射設(shè)備及一產(chǎn)生標(biāo)定圖像的控制設(shè)備，所述光投射設(shè)備投影所述標(biāo)定圖像形成投影圖像，所述光感應(yīng)設(shè)備記錄所述投影圖像以形成記錄圖像；所述標(biāo)定方法包括以下步驟:S1:獲取所述標(biāo)定圖像在所述光投射設(shè)備的底片上的位置坐標(biāo)；S2:光感應(yīng)設(shè)備分別記錄光投射設(shè)備在第一焦距Fl和第二焦距F2下投射的投影圖像，形成第一投影圖像及第二投影圖像，所述光感應(yīng)設(shè)備分別記錄所述第一投影圖像及第二投影圖像形成第一記錄圖像及第二記錄圖像；S3:所述控制設(shè)備分析所述第一記錄圖像及第二記錄圖像，并計算所述光投射設(shè)備的光心的坐標(biāo)。
[0008]優(yōu)選地，所述標(biāo)定方法還包括以下步驟:S4:移動所述光投射設(shè)備，使所述光投射設(shè)備處于第一位置及第二位置；S5:基于所述光投射設(shè)備在所述第一位置及第二位置時不同的投影圖像大小及所述光投射設(shè)備與投影屏的相對距離，計算所述光投射設(shè)備的焦距；
S6:將所述光投射設(shè)備固定在所述第二位置，基于所述投影圖像及所述記錄圖像計算所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距。
[0009]優(yōu)選地，步驟S3中，還包括步驟S3-1:所述控制設(shè)備基于所述標(biāo)志圖像上的同一點在所述第一記錄圖像及第二記錄圖像的連線通過所述光投射設(shè)備的光心和等比原理，計算所述光投射設(shè)備的光心在光投射底片平面的坐標(biāo)。
[0010]優(yōu)選地，步驟S3中，還包括步驟S3-2:以所述光投射設(shè)備的光心為原點，以所述光投射設(shè)備的底片平面為XY平面形成第一坐標(biāo)系，計算所述標(biāo)定圖像在所述第一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0011]優(yōu)選地，步驟S3中，還包括步驟S3-3:調(diào)整所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距并保持所述投影圖像不變，所述控制設(shè)備計算所述光感應(yīng)設(shè)備的光心在光投射底片平面的坐標(biāo)。
[0012]優(yōu)選地，步驟S3中，還包括步驟S3-4:以所述光感應(yīng)設(shè)備的光心為原點，以所述光感應(yīng)設(shè)備的底片平面為XY平面形成第二坐標(biāo)系，計算所述標(biāo)定圖像所對應(yīng)的記錄圖像在所述第二坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0013]優(yōu)選地，步驟S6中，基于所述光感應(yīng)設(shè)備的焦點、所述投影圖像的兩投影點構(gòu)成的三角形及所述光感應(yīng)設(shè)備的焦點、所述記錄圖像上對應(yīng)所述兩投影點的兩記錄點構(gòu)成的三角形相似，計算所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距。
[0014]優(yōu)選地，還包括如下步驟:步驟SI，:將所述光投射設(shè)備的焦點及光感應(yīng)設(shè)備的焦點相連，形成一 Z軸，并以距離所述光投射設(shè)備的焦點的距離為N并垂直于所述Z軸的平面形成為一 X軸及Y軸構(gòu)成的XY平面，所述X軸、Y軸、Z軸形成一第三坐標(biāo)系；步驟S2’:基于所述標(biāo)定圖像的每兩點在所述第三坐標(biāo)系下的投影連線經(jīng)過所述第三坐標(biāo)系的原點，標(biāo)定所述光感應(yīng)設(shè)備及所述光投射設(shè)備在第三坐標(biāo)系下的外部參數(shù)；步驟S3’:根據(jù)計算出的外部參數(shù)計算所述光投射設(shè)備的焦點及光感應(yīng)設(shè)備的焦點間的距離L。
[0015]優(yōu)選地，所述外部參數(shù)包括:以所述光投射設(shè)備的底片平面為XY平面形成的第一坐標(biāo)系的X軸與所述第三坐標(biāo)系的X軸及Z軸形成的XZ平面的夾角A ;所述第一坐標(biāo)系的Y軸與所述XZ平面的夾角B ;所述第一坐標(biāo)系的Z軸與所述第三坐標(biāo)系的Z軸的夾角C ；
[0016]以所述光感應(yīng)設(shè)備的底片平面為XY平面形成的第二坐標(biāo)系的X軸與所述XZ平面的夾角A’;所述第二坐標(biāo)系的Y軸與所述XZ平面的夾角B’;所述第二坐標(biāo)系的Z軸與所述第三坐標(biāo)系的Z軸的夾角C’。
[0017]優(yōu)選地，步驟S2’中，還包括:步驟S2’ -1:設(shè)定一組外部參數(shù)值，調(diào)節(jié)其中的第一參數(shù)，計算所述第一參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)；步驟S2’ -2:調(diào)節(jié)所述第一參數(shù)及所述外部參數(shù)的第二參數(shù)，計算所述第二參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)；步驟S2’ -3:通過依次遞歸循環(huán)，計算每一所述外部參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。[0018]采用上述技術(shù)方案后，對三維重建系統(tǒng)內(nèi)的光投射設(shè)備及光感應(yīng)設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)及外部參數(shù)的標(biāo)定過程及及結(jié)果更加精確，并具有以下有益效果:I)定標(biāo)過程簡單，避免使用高價的定標(biāo)板；2)精度高，誤差?。?)操作簡單，避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算；4)系統(tǒng)操作簡單方便，計算速度快，并且成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一優(yōu)選實施例中標(biāo)定圖像示意圖；
[0020]圖2為一優(yōu)選實施例中光投射設(shè)備在第一焦距Fl下，光感應(yīng)設(shè)備記錄下的記錄圖像；
[0021]圖3為一優(yōu)選實施例中光投射設(shè)備在第一焦距F2下，光感應(yīng)設(shè)備記錄下的記錄圖像；
[0022]圖4為光投射設(shè)備焦距的計算原理圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖與具體實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點。
[0024]—般而言，三維重建系統(tǒng)包括光投射設(shè)備及光感應(yīng)設(shè)備。工作時，由光投射設(shè)備產(chǎn)生一光柵圖案，并將該圖案投影至目標(biāo)物體。由于目標(biāo)物體表面并不平整，投影在目標(biāo)物體上的圖案與原圖案不相同，由此，在目標(biāo)物體上形成了一投影圖案。例如，當(dāng)物體表面具有突起部分時，投影在突起部分的圖案由于光的反射原理將會比投影在平整表面的圖案亮度更高，同理，當(dāng)物體表面具有凹陷部分時，投影在凹陷部分的圖案將會比投影在平整表面的圖案亮度更低。利用上述亮度差異，光感應(yīng)設(shè)備記錄投影圖案，所記錄的投影圖案包含了目標(biāo)物體的三維信息。如果光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)確定的話，利用光投射設(shè)備所產(chǎn)生的光柵圖案上每一點的坐標(biāo)值和光感應(yīng)設(shè)備所記錄的投影圖案的每一點的坐標(biāo)值可以計算目標(biāo)物體上的每一點的坐標(biāo)值。因此，為了進(jìn)行三維重建，需要精確標(biāo)定光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。
[0025]其中，內(nèi)部參數(shù)是指光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備各自本身的光學(xué)參數(shù)，例如焦距、光心位置等，而外部參數(shù)則代表光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的三維位置關(guān)系，例如光投射設(shè)備的底片成像坐標(biāo)系和光感應(yīng)設(shè)備的底片成像坐標(biāo)系和之間的關(guān)系。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，由和光投射設(shè)備相連的控制設(shè)備可產(chǎn)生一標(biāo)定圖像，一優(yōu)選實施例中，標(biāo)定圖像由多個標(biāo)志點組成，采用“點”狀的標(biāo)定圖像，可方便使用者在確定標(biāo)定圖像在測量過程中的參數(shù)變化。一般來說，標(biāo)志點的個數(shù)至少為六個，目的在于后續(xù)建立方程計算時，六個標(biāo)志點的參數(shù)信息是必要的。最優(yōu)選的實施例中，選用了 9個標(biāo)志點，使成形的標(biāo)定圖像中心點明確，使用者標(biāo)定時更容易對應(yīng)找到特征標(biāo)定點的位置改變。
[0027]其中，圖1為最優(yōu)選實施例中控制設(shè)備產(chǎn)生的初始標(biāo)定圖像。該最優(yōu)選實施例中，上述9個標(biāo)志點在光投射設(shè)備的底片平面的位置由使用者設(shè)定。開始執(zhí)行標(biāo)定操作后，調(diào)整光投射設(shè)備的焦距為第一焦距Fl及第二焦距F2，光感應(yīng)設(shè)備記錄下光投射設(shè)備分別在這兩個焦距下投射到投影屏的投影圖像，上述第一焦距Fl及第二焦距F2要求投影圖像成像清晰，且在投影屏的占面大。[0028]光感應(yīng)設(shè)備記錄下的分別為第一記錄圖像(如圖2所示)及第二記錄圖像(如圖3所示)，上述兩份記錄圖像傳送至控制設(shè)備后，交由控制設(shè)備分析，基于第一記錄圖像及第二記錄圖像上相應(yīng)的兩點相連線經(jīng)過光心的原理，來計算光投射設(shè)備的光心在光感應(yīng)設(shè)備的底片平面的位置，并基于等比原理獲得光投射設(shè)備的光心在光投射底片平面的位置，進(jìn)一步地，以光投射設(shè)備的光心為原點，以所述光投射設(shè)備的底片平面為XY平面，以光投射設(shè)備(光心和焦點的連線)的光軸為Z軸，形成一第一坐標(biāo)系，可計算得標(biāo)定圖像在第一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0029]同理，保持投影圖像不變，調(diào)整光感應(yīng)設(shè)備的焦距以在光感應(yīng)設(shè)備的不同焦距下獲得兩張記錄圖像，同樣，可基于光感應(yīng)設(shè)備的不同焦距下獲得的兩張記錄圖像上的相應(yīng)兩點相連線經(jīng)過光心的原理，可計算得光感應(yīng)設(shè)備的光心的位置。同樣地，以光感應(yīng)設(shè)備的光心為原點，以所述光感應(yīng)設(shè)備的底片平面為XY平面，以光感應(yīng)設(shè)備(光心和焦點的連線)的光軸為Z軸，形成一第二坐標(biāo)系，可計算得標(biāo)定圖像所對應(yīng)的記錄圖像在第二坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0030]通過以上方法，可以精確標(biāo)定光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的光心位置，并可以計算標(biāo)定圖像的在基于光投射設(shè)備的底片平面形成的第一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以及相應(yīng)的投影圖像在基于光感應(yīng)設(shè)備的底片平面形成的第二坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0031]接下來，標(biāo)定光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的焦距。但應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的標(biāo)定光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的焦距的步驟也可以在上述標(biāo)定光投射設(shè)備和光感應(yīng)設(shè)備的光心位置之前進(jìn)行。
[0032]將光投射設(shè)備移動至一第一位置，該第一位置沒有具體位置限定，只需成像清晰即可。參閱圖4，在該第一位置下，測量光投射設(shè)備上任一點A至投影屏的距離，并定義該距離為SI，同時，測量矩形投影圖像的邊框長度a。同理，將光投射設(shè)備移動至一第二位置，此時第二位置與投影屏間的距離較第一位置與投影屏間的距離小。測量下此時光投射設(shè)備上A點至投影屏的距離，并定義該距離為S2，同時，測量矩形投影圖像的邊框長度b。
[0033]由于光投射設(shè)備前后移動等價于投影底片不動時投影屏后移，根據(jù)相似三角形原理，可以知道光投射設(shè)備的焦距Fis= (S1-S2) *H/(a-b)，其中H為底片物理長度，可以直接從光投射設(shè)備的數(shù)據(jù)手冊獲取。S1-S2為光投射設(shè)備的移動距離，即相對距離，因為只需要選擇任一點A后就可以測量了，而a和b可以精確地從投影屏上的長度測量到，因此可以得到光投射設(shè)備的焦距Fs*光感應(yīng)設(shè)備。以上利用相似三角形的標(biāo)定方法無需獲取光投射設(shè)備底片的精確位置，因此大大減小了標(biāo)定誤差。
[0034]而為了標(biāo)定光感應(yīng)設(shè)備的焦距，將光投射設(shè)備固定在第二位置，測量此時標(biāo)志點中任意兩點在墻面的投影距離S，并測量投影屏到光感應(yīng)設(shè)備的底片的直線距離D。由于標(biāo)志點在光感應(yīng)設(shè)備的底片平面形成的第二坐標(biāo)系下的坐標(biāo)前述已作計算，因此可以獲取到投影屏上的兩點在光感應(yīng)設(shè)備的底片上的對應(yīng)距離camera_a?？梢酝ㄟ^簡單的相似三角關(guān)系(以光感應(yīng)設(shè)備的焦點、投影屏上的兩投影點為頂點的三角形，和以光感應(yīng)設(shè)備焦點、光感應(yīng)設(shè)備的底片所拍攝的兩投影點為頂點的三角形構(gòu)成相似三角形)計算得到:
[0035]光感應(yīng)設(shè)備的焦距F g =D*camera_a/ (camera_a+S)。
[0036]因此，根據(jù)上述標(biāo)定方法，可將光感應(yīng)設(shè)備及光投射設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)(光感應(yīng)設(shè)備及光投射設(shè)備的焦距和光心位置)計算得出，且無需定標(biāo)板，標(biāo)定方法快速簡單。[0037]基于上述標(biāo)定方法，可進(jìn)一步標(biāo)定光感應(yīng)設(shè)備及光投射設(shè)備的外部參數(shù)。首先，為了標(biāo)定光感應(yīng)設(shè)備及光投射設(shè)備的外部參數(shù)，利用了第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系的概念。首先光投射設(shè)備的底片平面形成一第一坐標(biāo)系，其中該第一坐標(biāo)系的Z軸為該光投射設(shè)備產(chǎn)生的光路所在的直線，光投射設(shè)備的底片所在的平面形成了第一坐標(biāo)系的X軸及Y軸所在的XY平面，該第一坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點0/為光投射設(shè)備的底片的成像中心，即光投射設(shè)備的光心。因此，根據(jù)上文中所測定的光投射設(shè)備的光心位置，可得到標(biāo)定圖像上的每一個點B’在第一坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)為(X1, Y1, O)。
[0038]同樣地，光感應(yīng)設(shè)備的底片平面形成一第二坐標(biāo)系，其中該第二坐標(biāo)系的Z軸為該光感應(yīng)設(shè)備接收光的光路所在的直線，光感應(yīng)設(shè)備的底片所在的平面形成了第二坐標(biāo)系的X及Y軸所在的XY平面，該第二坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點O2 ’為光感應(yīng)設(shè)備的底片的成像中心，即光感應(yīng)設(shè)備的光心。因此，根據(jù)上文中所測定的光感應(yīng)設(shè)備的光心位置，可得到標(biāo)定圖像所對應(yīng)的記錄圖像中的每一個點B’ ’在第二坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)為(X2，Y2，O)。
[0039]此標(biāo)定外部參數(shù)的標(biāo)定方法中，除了光投射設(shè)備的底片成像坐標(biāo)系和光感應(yīng)設(shè)備的底片成像坐標(biāo)系之外，引入了第三坐標(biāo)系的概念，將光投射設(shè)備的焦點及光感應(yīng)設(shè)備的焦點相連，形成一 Z軸，并以距離光投射設(shè)備的焦點的距離為N并垂直于Z軸的平面形成為
一X軸及Y軸構(gòu)成的XY平面，其中X軸、Y軸、Z軸形成一第三坐標(biāo)系，該第三坐標(biāo)系的原點即為上述Z軸與XY平面相交的點O3O
[0040]該標(biāo)定方法可計算的外部參數(shù)包括:第一坐標(biāo)系的X軸與第三坐標(biāo)系的X軸及Z軸形成的XZ平面的夾角A ;第一坐標(biāo)系的Y軸與XZ平面的夾角B ;第一坐標(biāo)系的Z軸與第三坐標(biāo)系的Z軸的夾角C ;第二坐標(biāo)系的X軸與XZ平面的夾角Α’;第二坐標(biāo)系的Y軸與XZ平面的夾角B’ ；第二坐標(biāo)系的Z軸與第三坐標(biāo)系的Z軸的夾角C’。
[0041]根據(jù)第三坐標(biāo)系的定義，XY平面距離光投射設(shè)備的焦點距離N為任意設(shè)定值，因此，參數(shù)N不需要定標(biāo)。
[0042]執(zhí)行標(biāo)定外部參數(shù)的方法時，首先需要對上述夾角的值進(jìn)行標(biāo)定，可基于標(biāo)定圖像和記錄圖像的對應(yīng)兩點在第三坐標(biāo)系下的投影連線經(jīng)過第三坐標(biāo)系的原點的原理進(jìn)行標(biāo)定，并采用遍歷算法或二分算法標(biāo)定各角的參數(shù)值。優(yōu)選地，設(shè)定上述六個角度的初始化值后，僅對其中的第一參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持其他五個角的參數(shù)值不變，利用遍歷算法或二分算法對6個角度參數(shù)中每一組可能值逐個試探，最終找到第一參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。同樣地，通過依次遞歸循環(huán)，計算每一個參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，從而確定6個角度參數(shù)及其他外部參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。
[0043]其中，在一個優(yōu)選實施方式中，設(shè)定一組上述六個角度的初始化值后，利用標(biāo)定圖像中的9個點的第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，基于投影原理計算其在第三坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，即在第三坐標(biāo)系中計算得到2*9個點，其中每一組點(標(biāo)定圖像和記錄圖像的對應(yīng)兩點在第三坐標(biāo)系下的投影點)和圓心O3形成I個角，總共得到9個角。理論上，如果該初始化參數(shù)為三維重建系統(tǒng)的實際參數(shù)的話，每一組點和圓心O3所構(gòu)成的角度應(yīng)該為零。
[0044]利用遍歷算法尋找最優(yōu)參數(shù)組合。具體地，在第一步中，設(shè)定一組初始化的參數(shù)值，然后對于設(shè)定的初始值，先調(diào)節(jié)其中的第一參數(shù)，使其按照設(shè)定的精度范圍(例如按照I度間隔)進(jìn)行變化，并且維持其他5個參數(shù)不變，計算9個角度的和，從而確定使得9個角度的和到達(dá)最小值的第一個參數(shù)的值。在第二步，對于設(shè)定的初始值，先調(diào)節(jié)其中的第一和第二參數(shù)，并且維持其他4個參數(shù)不變，使得9個角度的和到達(dá)最小值…依次遞歸循環(huán)，最終確定使得9個角的總和為最小的值的最優(yōu)參數(shù)組合。
[0045]最后，標(biāo)定光感應(yīng)設(shè)備及光投射設(shè)備的焦點間的距離L。具體來說，同上述步驟相同，設(shè)定一個初始化的焦點距離L值?；谏鲜霾襟E中計算得出的其他外部參數(shù)，計算兩點在第三坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，從而計算出該兩點的三維距離。同時，實際測量該兩點的三維距離，理論上，計算得到的該兩點的三維距離應(yīng)該等于該兩點的物理實測距離。利用遍歷算法，調(diào)節(jié)初始化的焦點距離值，使得計算得到的兩點的三維距離最接近該兩點的物理實測距離，此時的焦點距離值，即所標(biāo)定的三維系統(tǒng)的光感應(yīng)設(shè)備和光投射設(shè)備的焦點距離值L0
[0046]采用上述技術(shù)方案后，對三維重建系統(tǒng)內(nèi)的光投射設(shè)備及光感應(yīng)設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)及外部參數(shù)的標(biāo)定過程及結(jié)果更加精確，并具有以下有益效果:I)定標(biāo)過程簡單，避免使用高價的定標(biāo)板；2)精度高，誤差??；3)操作簡單，避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算；4)系統(tǒng)操作簡單方便，計算速度快，并且成本低。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，控制設(shè)備為和光投射設(shè)備相連接的一計算機(jī)，該計算機(jī)可產(chǎn)生不同的標(biāo)定圖像并發(fā)送至光投射設(shè)備，光投射設(shè)備接收到該標(biāo)定圖像后，將該標(biāo)定圖像投影至投影屏上。
[0048]一優(yōu)選實施例中，光投射設(shè)備為投影儀，不僅移動方便，且調(diào)整焦距時不影響其他設(shè)備工作。又一優(yōu)選實施例中，所用投影屏為白塑幕，白塑幕相比于現(xiàn)有使用的定標(biāo)板具有價格便宜，可視角度大，適用范圍最廣等優(yōu)點。同樣地，投影屏的選擇并不限定于白塑幕，本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用珠光屏或金屬屏等作為投影屏，但相對于白塑幕，以上兩種選擇價格較為昂貴，由于投影屏僅作為成像用，對成像亮度要求不高，最優(yōu)選地仍是采用白塑幕為佳。
[0049]另一優(yōu)選實施例中，光感應(yīng)設(shè)備可采用照相機(jī)或攝像機(jī)等可精確記錄不同成像的設(shè)備，使用者可精確識別通過照`相或拍攝記錄下的成像中的定標(biāo)圖案即可。光感應(yīng)設(shè)備的選擇并不僅限于上述提到的照相機(jī)或攝像機(jī)的使用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述表達(dá)的技術(shù)效果變換光感應(yīng)設(shè)備的選擇，其余選擇則均未脫離本發(fā)明關(guān)于光感應(yīng)設(shè)備的技術(shù)內(nèi)容。
[0050]應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的實施例有較佳的實施性，且并非對本發(fā)明作任何形式的限制，任何熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三維重建系統(tǒng)的標(biāo)定方法，所述三維重建系統(tǒng)包括光感應(yīng)設(shè)備、光投射設(shè)備及一產(chǎn)生標(biāo)定圖像的控制設(shè)備，所述光投射設(shè)備投影所述標(biāo)定圖像形成投影圖像，所述光感應(yīng)設(shè)備記錄所述投影圖像以形成記錄圖像；其特征在于: 所述標(biāo)定方法包括以下步驟: S1:獲取所述標(biāo)定圖像在所述光投射設(shè)備的底片上的位置坐標(biāo)； S2:光感應(yīng)設(shè)備分別記錄光投射設(shè)備在第一焦距Fl和第二焦距F2下投射的投影圖像，形成第一投影圖像及第二投影圖像，所述光感應(yīng)設(shè)備分別記錄所述第一投影圖像及第二投影圖像形成第一記錄圖像及第二記錄圖像； 53:所述控制設(shè)備分析所述第一記錄圖像及第二記錄圖像，并計算所述光投射設(shè)備的光心的坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 所述標(biāo)定方法還包括以下步驟: 54:移動所述光投射設(shè)備，使所述光投射設(shè)備處于第一位置及第二位置； 55:基于所述光投射設(shè)備在所述第一位置及第二位置時不同的投影圖像大小及所述光投射設(shè)備與投影屏的相對距離，計算所述光投射設(shè)備的焦距； 56:將所述光投射設(shè)備固定在所述第二位置，基于所述投影圖像及所述記錄圖像計算所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距。
3.如權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)定方法，其特征在于:` 步驟S3中，還包括步驟S3-1: 所述控制設(shè)備基于所述標(biāo)志圖像上的同一點在所述第一記錄圖像及第二記錄圖像的連線通過所述光投射設(shè)備的光心和等比原理，計算所述光投射設(shè)備的光心在光投射底片平面的坐標(biāo)。
4.如權(quán)利要求3所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 步驟S3中，還包括步驟S3-2: 以所述光投射設(shè)備的光心為原點，以所述光投射設(shè)備的底片平面為XY平面形成第一坐標(biāo)系，計算所述標(biāo)定圖像在所述第一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 步驟S3中，還包括步驟S3-3: 調(diào)整所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距并保持所述投影圖像不變，所述控制設(shè)備計算所述光感應(yīng)設(shè)備的光心在光投射底片平面的坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 步驟S3中，還包括步驟S3-4: 以所述光感應(yīng)設(shè)備的光心為原點，以所述光感應(yīng)設(shè)備的底片平面為XY平面形成第二坐標(biāo)系，計算所述標(biāo)定圖像所對應(yīng)的記錄圖像在所述第二坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
7.如權(quán)利要求2所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 步驟S6中，基于所述光感應(yīng)設(shè)備的焦點、所述投影圖像的兩投影點構(gòu)成的三角形及所述光感應(yīng)設(shè)備的焦點、所述記錄圖像上對應(yīng)所述兩投影點的兩記錄點構(gòu)成的三角形相似，計算所述光感應(yīng)設(shè)備的焦距。
8.如權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)定方法，其特征在于:還包括如下步驟: 步驟SI’:將所述光投射設(shè)備的焦點及光感應(yīng)設(shè)備的焦點相連，形成一 Z軸，并以距離所述光投射設(shè)備的焦點的距離為N并垂直于所述Z軸的平面形成為一 X軸及Y軸構(gòu)成的XY平面，所述X軸、Y軸、Z軸形成一第三坐標(biāo)系； 步驟S2’:基于所述標(biāo)定圖像的每兩點在所述第三坐標(biāo)系下的投影連線經(jīng)過所述第三坐標(biāo)系的原點，標(biāo)定所述光感應(yīng)設(shè)備及所述光投射設(shè)備在第三坐標(biāo)系下的外部參數(shù)； 步驟S3’:根據(jù)計算出的外部參數(shù)計算所述光投射設(shè)備的焦點及光感應(yīng)設(shè)備的焦點間的距離L。
9.如權(quán)利要求8所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 所述外部參數(shù)包括: (1)以所述光投射設(shè)備的底片平面為XY平面形成的第一坐標(biāo)系的X軸與所述第三坐標(biāo)系的X軸及Z軸形成的XZ平面的夾角A ； (2)所述第一坐標(biāo)系的Y軸與所述XZ平面的夾角B； (3)所述第一坐標(biāo)系的Z軸與所述第三坐標(biāo)系的Z軸的夾角C； (4)以所述光感應(yīng)設(shè)備的底片平面為XY平面形成的第二坐標(biāo)系的X軸與所述XZ平面的夾角A’ ； (5)所述第二坐標(biāo)系的Y軸與所述XZ平面的夾角B’； (6)所述第二坐標(biāo)系的Z軸與所述第三坐標(biāo)系的Z軸的夾角C’。
10.如權(quán)利要求8或9所述的標(biāo)定方法，其特征在于: 步驟S2’中，還包括: 步驟S2’ -1:設(shè)定一組外部參數(shù)值，調(diào)節(jié)其中的第一參數(shù)，計算所述第一參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)； 步驟S2’ -2:調(diào)節(jié)所述第一參數(shù)及所述外部參數(shù)的第二參數(shù)，計算所述第二參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)； 步驟S2’ -3:通過依次遞歸循環(huán)，計算每一所述外部參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。
【文檔編號】G06T7/00GK103559710SQ201310541316
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】王鳳麟, 楊樹臣, 王小宇 申請人:重慶安鉆理科技股份有限公司