[发明专利]一种快速投影机系统参数标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在科研教育领域(科学可视化)、各类仿真领域(虚拟现实)、娱乐和会议(普适计算环境，具有纹理的墙壁拐角等复杂室内背景下的保真投影)、以及气象交通的大屏幕监控展示等领域中投影机设备的快速系统参数标定方法。

背景技术

投影机不具备类似摄像头的图像捕捉能力，无法直接获取投射在显示表面的投影图像，所以不能通过不同图像空间的像素对应来直接计算二维投影空间像素坐标与世界坐标系中三维空间像素坐标的对应关系。由于投影标定特征图所在平面空间和世界坐标系的相对空间转换不能精确计算，如果尝试使用类似张正友相机标定法中使用“棋盘格”的标定板特征图进行投影不能获取特征图在世界坐标系中的参考三维空间坐标。

现阶段针对以上问题，单独的摄像头标定计算作为计算机视觉领域的一个重要研究方向已经有较为成熟的标定方法，比如Aziz和Karara提出的直接线性变换标定法，R.Y.Tsai提出的基于径向约束的两步标定法，以及张正友提出的平面标定法等，通过计算得到摄像头内部参数对摄像头进行相机标定，在投影几何校正系统中使用这个标定后的摄像头实时获取图像。但是，对于投影机系统标定，仍然没有一个成熟的算法可以有效精确计算出投影机的内部标定参数和外部标定参数。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种快速投影机系统参数标定方法。使用本发明公开的这种投影机系统标定方法可以将投影光束与标定面交叉原理将摄像头标定和投影机标定进行统一计算，为投影机内部参数和外部参数的标定计算提供了一个快速的具有鲁棒性的系统标定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种快速投影机系统参数标定方法，包含以下步骤：

步骤1)、由安装在投影仪上的摄像头获取多张标定板不同位姿的图像信息输入计算机系统，计算机系统使用张正友相机标定法计算摄像头内部标定参数和外部标定参数；

步骤2)、计算机系统根据摄像头内部标定参数和外部标定参数，计算出标定板所在平面在摄像头坐标空间中的平面等式；

步骤3)、投影机将投影标定特征图像投影在标定板所放置的平面上，摄像头捕获投影标定特征图像输入计算机系统，计算机系统使用投影光束与标定面交叉算法计算投影标定特征图像的三维坐标；

步骤4)、计算机系统使用优化最小二乘法计算出投影机内部标定参数，从而计算出相机成像空间、投影显示表面所在空间以及投影机投影图像空间三者的坐标映射关系。

依据上述特征，所述步骤1)中计算机系统使用张正友相机标定法计算摄像头内部标定参数和外部标定参数包含以下步骤：

步骤1.1)、计算机系统使用图像处理算法识别摄像头获取的多张标定板图像中特征图案的角点坐标；

步骤1.2)使用优化最小二乘法来计算出摄像头的内部参数：

k＝(D^TD)^-1D^Td    (公式1)；

其中k为相机内参。

步骤1.3)使用优化最小二乘法来计算出摄像头的外部参数：