[发明专利]纹理摄像机标定装置与方法及其纹理图像几何校正方法

权利要求书

1.一种纹理摄像机标定装置，其特征在于：由参考平板(1)和移动工作台(2)组成；参考平板上(1)上具有沿X、Y两个垂直方向分布的二维圆点标记阵列；参考平板上(1)圆点标记的圆心坐标（X_k，Y_k）精确已知，其中k为圆点标记序号；参考平板上(1)的圆点标记与背景颜色分别为黑白两色，以提高其图像的对比度；参考平板(1)固定于移动工作台(2)上，并使参考平板(1)平面与移动工作台(2)移动方向垂直；移动工作台(2)可驱动参考平板(1)沿Z轴方向移动，移动距离可以精确读取。

2.一种纹理摄像机标定方法，采用根据权利要求1所述的纹理摄像机标定装置进行标定，其特征在于：标定过程包括以下步骤：

第一步、将参考平板(1)圆点标记朝向测量摄像机(4)和纹理摄像机(5)所在方向，可由两台摄像机(4、5)同时拍摄到；参考平板(1)初始位置记录为Z₀=0；用纹理摄像机(5)拍摄标记圆点阵列的图像；移动工作台(2)驱动参考平板(1)至N个不同位置，N≥2，并记录其位置Z_n，n=1，2，…，N；

通过这一过程，参考平板(1)的标记圆点圆心构成一个三维空间点阵，其各点空间坐标（X_k, n，Y_k, n，Z_k, n）已知，其中k为圆点标记序号；在参考平板(1)的每个移动到达位置，用纹理摄像机(5)拍摄标记圆点阵列的图像；

第二步、对第一步中纹理摄像机(5)获得的图像进行处理，提取各圆点质心作为圆点圆心的像素坐标 (u_k, n, v_k, n)；

第三步、将纹理摄像机图像各圆点圆心的像素坐标 (u_k, n, v_k, n)及其对应的三维空间点坐标（X_k, n，Y_k, n，Z_k, n）代入公式：

形成包含2K(N+1)个方程的方程组；利用最小二乘方法，从该方程组可求解出14个未知待定参数q_m (m=1,2,…,14)；这些参数决定了光学三维测量系统中纹理摄像机视角图像和测量摄像机视角图像像素之间的映射关系。

3.一种纹理图像的几何校正方法，采用根据权利要求2所述的纹理摄像机标定方法的结果进行图像几何校正，其特征在于：校正过程包括以下步骤：

第一步、生成一幅测量摄像机视角的空白彩色图像[R_M(s,t), G_M (s,t), B_M (s,t)]，其分量分别表示该图像中像素(s,t)的红、绿、蓝三基色分量；

第二步、对于第一步生成的空白图像每一像素坐标(s,t)，利用根据权利要求2所述的纹理摄像机标定方法的标定结果q_m (m=1,2,…,14)，将该像素对应的由测量系统测量得到的物面点三维坐标[X(s,t), Y(s,t), Z(s,t)]代入下列公式，计算其在纹理摄像机图像中对应像素坐标(u,v)

第三步、读取纹理摄像机图像中像素(u,v)的红绿蓝颜色分量[R_T(u,v), G_T (u,v), B_T (u,v)]；

用这些颜色分量填充测量摄像机视角的空白彩色图像(s,t)像素，即

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