[发明专利]一种高精度的投影仪‑摄像机标定系统及标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影仪-摄像机标定系统及标定方法，特别涉及一种高精度的投影仪-摄像机标定系统及标定方法，属于图像处理和计算机视觉检测技术领域。

背景技术

投影仪-摄相机系统在三维测量、增强现实及人机交互等领域有着广泛的应用，随着时代的发展人们对三维测量及人机交互的精度要求越来越高，而精确的标定是该系统实现高精度的最大前提，但现有方案一直未达到理想的效果。一方面，现有的一些方法虽然取得了较精确的标定结果(重投影误差的均方根为0.11像素)，却使用了昂贵的高精度设备，对用户的要求也很高，不便于日常使用。另一方面，其他的一些方法虽然操作简便但却不够精确(重投影误差的均方根为0.20像素)，难以满足日益增长的计算机视觉应用的需要，可以说是用牺牲精度的方法换取了步骤的简便。

另外，现有的大部分标定方法对角点提取的处理都不够好，一方面是没有对角点提取误差的方向性进行补偿，另一方面是没有对图像拍摄过程中的噪声进行合适的滤波。而角点提取的误差显然对整个系统标定的精确度有不容忽视的影响，如果连用于标定的数据本身误差都很大的话，无论标定的其他阶段如何改进，操作如何复杂都难以获得理想的效果，更不用说在保证精度的同时降低操作的复杂度或改用廉价的标定设备了。而且，现有的方法在处理投影图案与打印图案间相互干扰的问题时也不够简便，如通过摄相机的颜色特性来避免干扰，但这也意味着还要进行色彩校正。

综上所述，现有的标定方法具有下述缺陷：

1.高精度的标定成本高，而操作简便仪器简单的标定方法又无法取得令人满意的精度；

2.对角点提取的处理不够好，未对误差进行补偿或对噪声进行滤波，难以获得精确的对应关系；

3.在打印图像与投影图像相互干扰的处理上不够简便，要求用户进行额外的操作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提出一种投影仪-摄像机系统标定方法，向标定板轮流投影多幅特定图案，进行高精度标定，同时又灵活便于操作。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，

一方面，本发明提供了一种高精度的投影仪-摄像机标定系统，包括：

用于综合调度各模块之间工作的控制模块、用于产生投影用图案的图案生成模块、用于展示投影图像的标定板、用于将图案向标定板上投影的投影模块、用于向摄像机标定模块或图像处理模块输出图像数据的图像传感及校正模块、用于估计摄像机参数的摄像机标定模块、用于对标定区域图像处理的图像处理模块、用于对投影仪进行标定的投影仪标定模块；

所述图案生成模块、所述投影模块、所述图像传感及校正模块、所述摄像机标定模块、所述图像处理模块、所述投影仪标定模块分别与所述控制模块双向通信连接，所述摄像机标定模块与所述图像传感及校正模块双向通信连接，所述图案生成模块分别与所述投影模块和所述投影仪标定模块通信连接，所述图像传感及校正模块与所述图像处理模块通信连接，所述图像处理模块与所述投影仪标定模块通信连接；

所述控制模块控制所述摄像机标定模块按照相应的摄像机标定方法对图像传感及校正模块标定并存储相应摄像机内参数；

所述控制模块控制所述图案生成模块和所述投影模块轮流在所述标定板上投影特定的不同图案，所述控制模块控制所述摄像机标定模块所述摄像机内参数传递至所述图像传感及校正模块，所述图像传感及校正模块分别采集所述标定区域图像并利用摄像机内参数进行图像畸变校正后传送至所述图像处理模块，所述图像处理模块分别对图像差分、反相运算、滤波映射处理后得到角点信息，所述控制模块控制所述投影仪标定模块利用所述角点信息建立对应关系对投影仪标定得到投影仪内参数和投影仪与摄像机之间的外参数。

其中较优地，所述图像处理模块包括：

对图像进行差分及反相运算的图像运算模块、对图像滤波消除噪声的图像滤波模块、对图像进行角点提取得到角点坐标的角点提取模块、估计摄像机像平面和标定板平面间单应性矩阵的单应性矩阵模块、将角点坐标从摄像机像平面映射到标定板平面上的角点映射模块；

所述图像运算模块与所述图像滤波模块连接，所述图像滤波模块与所述角点提取模块连接，所述角点提取模块及所述单应性矩阵模块分别与所述角点映射模块连接，所述角点提取模块与所述单应性矩阵模块连接；所述角点提取模块与所述图像传感及校正模块连接，所述角点映射模块、所述角点提取模块分别与所述投影仪标定模块连接；