一種相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)及其3d標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相機(jī)標(biāo)定領(lǐng)域，尤其涉及一種相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)及其3D標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖像測(cè)量或者機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，相機(jī)參數(shù)的標(biāo)定是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其標(biāo)定結(jié)果的精度直接影響相機(jī)工作產(chǎn)生結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0003]點(diǎn)陣圖也叫刪格圖象，像素圖，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是最小單位由象素構(gòu)成的圖，縮放會(huì)失真。將點(diǎn)陣圖設(shè)置在平板上即為應(yīng)用在機(jī)器視覺(jué)、圖像測(cè)量、攝影測(cè)量、三維重建等的標(biāo)定模板。在相機(jī)標(biāo)定中通常應(yīng)用標(biāo)定模板校正鏡頭畸變；確定物理尺寸和像素間的換算關(guān)系；以及確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，建立相機(jī)成像的幾何模型。
[0004]傳統(tǒng)的標(biāo)定模板普通材質(zhì)硬度不高，易劃傷，難加工平整，強(qiáng)反光，同一標(biāo)定板多種高度點(diǎn)陣圖很難制作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)及其3D標(biāo)定方法，該相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定平面中添加色卡紙，為相機(jī)的標(biāo)定提供了一個(gè)不反光的平整的平面，通過(guò)運(yùn)動(dòng)平面使相機(jī)在不同高度對(duì)標(biāo)定平面拍攝，無(wú)需在標(biāo)定平面上制作多種高度點(diǎn)陣圖即可建立絕對(duì)相位與高度的映射關(guān)系，標(biāo)定板制作簡(jiǎn)單，建立映射數(shù)量大，標(biāo)定數(shù)據(jù)精確。
[0006]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)，包括標(biāo)定平面，成像系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，控制系統(tǒng)，所述標(biāo)定平面包括兩個(gè)平行設(shè)置的標(biāo)定板，其中一個(gè)標(biāo)定板上設(shè)置點(diǎn)陣圖；所述標(biāo)定板包括平板光學(xué)玻璃和色卡紙，所述色卡紙?jiān)O(shè)置于平板光學(xué)玻璃之間，平板光學(xué)玻璃和色卡紙三個(gè)平面粘合形成一個(gè)緊密連接的平面；所述成像系統(tǒng)包括中心相機(jī)，第一光柵投影頭、第二光柵投影頭和2D光源發(fā)射板，所述第一光柵投影頭和第二光柵投影頭對(duì)稱布置在中心相機(jī)的兩側(cè)，所述成像系統(tǒng)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；所述控制系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)接收控制系統(tǒng)的指令并根據(jù)控制指令帶動(dòng)成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)；所述中心相機(jī)與所述控制系統(tǒng)相連接。
[0008]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述標(biāo)定平面放置在平面滑軌上；所述平面滑軌軌道寬度等于所述標(biāo)定平面寬度，用于保證標(biāo)定平面相對(duì)于中心相機(jī)的平行度。
[0009]一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的3D標(biāo)定方法，包含如下步驟:
[0010]步驟1:移動(dòng)標(biāo)定平面使設(shè)置點(diǎn)陣圖的標(biāo)定板置于中心相機(jī)的拍攝區(qū)域；
[0011]步驟2:打開(kāi)所述2D光源發(fā)射板，中心相機(jī)拍攝點(diǎn)陣圖，計(jì)算中心相機(jī)安裝垂直度和相機(jī)分辨率，調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)使中心相機(jī)安裝符合設(shè)計(jì)垂直度和設(shè)計(jì)分辨率；
[0012]步驟3:移動(dòng)標(biāo)定平面使未設(shè)置點(diǎn)陣圖的標(biāo)定板置于中心相機(jī)的拍攝區(qū)域；
[0013]步驟4:第一光柵投影頭和第二光柵投影頭投射正弦光柵或者余弦光柵到未設(shè)置點(diǎn)陣圖的標(biāo)定板，用中心相機(jī)拍攝該標(biāo)定板；計(jì)算中心相機(jī)各像素的絕對(duì)相位，建立絕對(duì)相位與當(dāng)前Z軸物理高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0014]步驟5:調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，使成像系統(tǒng)沿著Z軸移動(dòng)，依照步驟4中心相機(jī)在不同高度進(jìn)行拍攝，得到多組絕對(duì)相位與當(dāng)前Z軸物理高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0015]步驟6:擬合步驟5得到的多組絕對(duì)相位與當(dāng)前Z軸物理高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立絕對(duì)相位與高度的映射關(guān)系。
[0016]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，通過(guò)拍攝點(diǎn)陣圖，中心相機(jī)在設(shè)計(jì)分辨率下進(jìn)行安裝的方法是:
[0017]I)中心相機(jī)拍攝清晰的點(diǎn)陣圖并計(jì)算當(dāng)前中心相機(jī)的物距；
[0018]2)相機(jī)將I)中的數(shù)據(jù)傳送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)計(jì)算當(dāng)前物距與標(biāo)準(zhǔn)分辨率下物距差值，并根據(jù)差值通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)相機(jī)的Z軸高度；微調(diào)中心相機(jī)鏡頭，中心相機(jī)的安裝分辨率即符合設(shè)計(jì)分辨率。
[0019]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，在步驟2中，所述中心相機(jī)通過(guò)拍攝不同XY位置的同一標(biāo)定點(diǎn)，計(jì)算各次拍攝標(biāo)定點(diǎn)的像素位置，建立像素位置與XY對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬合像素位置與XY對(duì)應(yīng)關(guān)系的轉(zhuǎn)化系數(shù)。
[0020]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，在步驟4中，中心相機(jī)在任一 Z軸物理高度進(jìn)行拍攝時(shí)，第一光柵投影頭和第二光柵投影頭投射不少于3步等距位移的正弦光柵或者余弦光柵。
[0021]進(jìn)一步的技術(shù)方案是，調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，在計(jì)算中心相機(jī)絕對(duì)相位與其Z軸物理高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系的同時(shí)，計(jì)算第一光柵投影頭與第二光柵投影頭各像素位置絕對(duì)相位，分別建立第一光柵投影頭與第二光柵投影頭各像素絕對(duì)相位與高度對(duì)應(yīng)關(guān)系的轉(zhuǎn)化系數(shù)。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]1、本發(fā)明的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定平面中添加色卡紙，為相機(jī)的標(biāo)定提供了一個(gè)不反光的平整的平面，通過(guò)運(yùn)動(dòng)平面使相機(jī)在不同高度對(duì)標(biāo)定平面拍攝，無(wú)需在標(biāo)定平面上制作多種高度點(diǎn)陣圖即可建立絕對(duì)相位與高度的映射關(guān)系，標(biāo)定板制作簡(jiǎn)單，標(biāo)定數(shù)據(jù)精確。
[0024]2、所述標(biāo)定平面設(shè)置在滑軌上，滑軌的軌道用于保證標(biāo)定平面相對(duì)于相機(jī)的平行度，防止標(biāo)定平面擺放角度出現(xiàn)較大偏差降低標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[0025]3、本發(fā)明的3D標(biāo)定方法在對(duì)相機(jī)進(jìn)行絕對(duì)相位和高度的映射關(guān)系前，對(duì)相機(jī)安裝的垂直度和安裝的設(shè)計(jì)分辨率進(jìn)行校準(zhǔn)，保證了標(biāo)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明提供的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明提供的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖中:
[0029]1-標(biāo)定平面；2_平板光學(xué)玻璃；3_色卡紙；4_點(diǎn)陣圖；5-滑軌；6_中心相機(jī)；7-第一光柵投影頭；8_第二光柵投影頭；9-2D光源發(fā)射板。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0031]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)，包括標(biāo)定平面I，成像系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，控制系統(tǒng)。所述標(biāo)定平面I包括兩個(gè)平行設(shè)置的標(biāo)定板，其中一個(gè)標(biāo)定板上設(shè)置點(diǎn)陣圖4 ;所述標(biāo)定板包括平板光學(xué)玻璃2和色卡紙3，所述色卡紙3設(shè)置于平板光學(xué)玻璃2之間，平板光學(xué)玻璃2和色卡紙3三個(gè)平面粘合形成一個(gè)緊密連接的平面。在兩個(gè)平板光學(xué)玻璃2之間添加色卡紙3，有效的消除了標(biāo)定板在相機(jī)標(biāo)定過(guò)程中出現(xiàn)的反光現(xiàn)象，為相機(jī)的標(biāo)定提供了一個(gè)不反光的平整的平面。
[0032]所述成像系統(tǒng)包括中心相機(jī)6，第一光柵投影頭7、第二光柵投影頭8和2D光源發(fā)射板9，所述第一光柵投影頭7和第二光柵投影頭8對(duì)稱布置在中心相機(jī)6的兩側(cè)，所述2D光源發(fā)射板9設(shè)置在標(biāo)定平面I與中心相機(jī)6之間。所述成像系統(tǒng)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上；所述控制系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，所述成像系統(tǒng)設(shè)置在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)接收控制系統(tǒng)的指令并根據(jù)控制指令帶動(dòng)成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)；所述中心相機(jī)6與所述控制系統(tǒng)相連接。
[0033]所述標(biāo)定平面I放置在平面滑軌5上；所述平面滑軌5軌道寬度等于所述標(biāo)定平面I寬度。滑軌5的軌道用于保證標(biāo)定平面I相對(duì)于相機(jī)的平行度，防止標(biāo)定平面I擺放角度出現(xiàn)較大偏差降低標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。標(biāo)定平面I小角度偏離可以通過(guò)對(duì)鏡頭進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整來(lái)消除，誤差小于0.5°不需要調(diào)整。
[0034]一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的3D標(biāo)定方法，包含如下步驟: