[发明专利]一种基于相位编码的特殊成像范围相机标定系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于相位编码的特殊成像范围相机标定系统及方法，系统包括由标定物、投影仪、对焦准确相机和至少一个以上的待标定特殊成像范围相机，投影仪正对标定物，包括投影仪依次投影横向和纵向正弦结构光到标定物，对焦准确相机依次拍摄被横向结构光和纵向结构光编码后的标定物，对标定物上特征点的正弦结构光利用相位法进行解码等步骤，本发明实现了特殊成像范围相机在离焦条件下的参数准确标定。正弦函数经低通滤波器滤波后仍然可以保持其相位信息，同理正弦结构光在离焦状态下仍然可以很好的保持其编码的相位信息。

技术领域

本发明属于先进制造与自动化领域，具体地说，是利用正弦结构光对标定物进行编码，从而实现基于相位编码的特殊成像范围相机标定系统及方法。

背景介绍

在三维重建等很多计算机视觉的应用中，相机参数的准确标定是得到良好结果的前提条件。经过多年的发展，高精度、使用方便的相机的标定方法的研究取得了长足的进步。目前主流的相机标定方法分为三类：分别为传统相机标定方法、相机自标定方法以及主动视觉相机标定方法。传统相机的标定方法需要高精度的已知结构信息的标定目标，且由于对标定目标的要求较高，在很多情况下无法使用。主动视觉标定方法在使用中需要精确测量标定物或待标定相机的相对位置信息。此方法需要使用造价高昂的精密移动平台记录标定物的位移和角度变化信息，大大限制了使用范围。而相机的自标定方法由于其兼顾了标定精度和使用的简便性得到了最广泛的使用。其中最典型的是2000年Zhang提出的一种新型的利用二维平面标定物的相机标定方法，该方法在使用中可任意放置相机以及标定物。在标定过程中，待标定相机从不同位置和不同角度拍摄标定物上图案(一般为棋盘格)，利用图像处理算法精确提取出图像中标定物平面上特征点(棋盘格角点)的图像坐标。依据建立在标定物平面上的世界坐标系与相机坐标系间的角度变化信息，使用特征点的世界坐标和图像坐标建立方程组求得相机的内外参数。

在上文讨论的三类算法中，精确求得标定物上特征点在待标定相机拍摄所得的图像中的像素坐标是得到准确相机参数的基础。对大部分相机来说拍摄得到标定物的清晰图像，经算法处理得到亚像素精度的特征点像素坐标对十分简单。但某些成像范围特殊的相机拍摄一般的标定物一般只能得到离焦的模糊图像，从而无法得到准确的特征点像素坐标。比如微距相机，其一般具有视场与景深较小的特点。在应用常规方法时，要求标定物多次大幅度改变位姿，因此标定物常会位于微距相机的清晰成像范围之外。

目前对于小景深小视场情况下标定方法的研究很少。为解决特殊成像范围相机标定困难的问题，本文提出了一种利用正弦结构光对一般标定物进行编码的方法，该方法利用待标定相机在离焦状态下得到的标定物的模糊图像，就可以得到标定物特征点的精确像素坐标。使相机在对焦和离焦状态下都可以利用常规方法进行标定。为特殊成像范围相机的标定提供了一种有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有的标定方法在标定特殊成像范围相机中存在的不足，提出了一种基于正弦结构光编码标定物的相机标定方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种基于相位编码的特殊成像范围相机标定系统，系统包括由标定物、投影仪、对焦准确相机和至少一个以上的待标定特殊成像范围相机，投影仪正对标定物。

本发明还公开了一种基于权利要求1所述的基于相位编码的特殊成像范围相机标定系统的标定方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)、投影仪依次投影横向和纵向正弦结构光到标定物；

2)、对焦准确相机依次拍摄被横向结构光和纵向结构光编码后的标定物，对标定物上特征点的正弦结构光利用相位法进行解码；

3)、编码后的标定物会位于待标定特殊成像范围相机的景深之外，因此待标定特殊成像范围相机能得到标定物的离焦模糊图像，因此待标定特殊成像范围相机即离焦相机，待标定特殊成像范围相机拍摄得到正弦结构光编码后标定物的离焦模糊照片；