[发明专利]相机校准的目标、方法和系统

说明书

本公开涉及用于校准相机的目标、方法和系统。一个示例实施例包括目标。目标包括基准标记的第一图案。目标还包括基准标记的第二图案。基准标记的第一图案是基准标记的第二图案的缩放版本，使得目标的捕获的校准图像模拟在多个校准视角捕获的单个图案的多个图像。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月29日提交的美国专利申请第15/720,979号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

除非本文另外指出，否则本节中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且由于包含在本节中而不能承认是现有技术。

在记录图像时，相机无处不在。各种相机可以在胶片上记录图像或将图像作为一系列位存储在计算机存储器(例如，硬盘驱动器)内。许多设备甚至都集成了相机。例如，移动电话、平板电脑和膝上型计算机可以包括相机。

相机的一种应用是在计算机视觉领域。在计算机视觉中，为了从记录的图像中进行推断，校准记录图像的相机可能很重要。这样的校准可以提供所记录的图像的外观与物理场景的空间布局的相关性。此外，校准可以校正用于记录图像的相机传感器/镜头的制造和/或组装中的缺陷。例如，如果相机的光圈相对于相机传感器偏离中心，则校准可以解决这个问题(例如，使用对记录的图像提供校正以使其更准确地反映物理场景的处理器)。

校准相机的一种方法包括应用针孔相机模型。针孔相机模型假定正被校准的相机是理想的针孔相机(即，没有镜头和点状光圈的相机)。使用针孔相机模型近似，可以将物理场景的坐标(例如，三维)映射到二维平面上的投影，其中二维平面上的投影由记录的校准图像表示。可以基于校准图像确定理论上的针孔相机中的针孔光圈的位置。还可以确定理论上的针孔相机的其他参数(例如焦距)。如果针孔光圈的位置未相对于相机传感器居中，则可以采取步骤来解决光圈的偏心位置。确定针孔光圈的位置并对其进行解决可以包括基于一个或多个校准图像来计算相机矩阵的一个或多个元件。

还可以采用其他校准方法来校正光学设计中固有的或由于制造/组装而引起的其他缺陷。例如，可以基于记录的校准图像来计算一个或多个失真系数。失真系数可用于解决由于相机中的镜头引起的光学不均匀性(例如，桶形失真、胡须形失真或枕形失真)。另外，可以使用校准来解决其他光学像差(例如散焦、倾斜、球面像差、像散、彗差或色差)。

发明内容

示例性校准目标可以允许相机被校准。校准目标可以包括两个或更多个面板，每个面板上具有一系列基准标记。面板可以相对于彼此成角度，并且基准标记可以以一种或多种布置定位。面板上的基准标记可以是独特可标识的。当要被校准的相机捕获或记录校准目标的校准图像时，可以通过两个或更多个面板的单个校准图像来模拟来自单个面板的不同角度视角(例如，不同相机视角)的多个校准图像。这是因为两个或更多个面板相对于彼此成角度。用单个校准图像模拟多个图像可能会减少校准所需的计算资源，并减少校准时间。

在第一方面，本公开描述了一种用于校准的目标。该目标包括基准标记的第一图案。目标还包括基准标记的第二图案。基准标记的第一图案是基准标记的第二图案的缩放版本，使得目标的捕获的校准图像模拟在多个校准视角捕获的单个图案的多个图像。

在第二方面，本公开描述了一种方法。该方法包括使用相机记录目标的校准图像。目标包括其上具有基准标记的第一布置的第一面板。在第一布置中的基准标记中，第一布置中的每个基准标记是独特可标识的。目标还包括相对于第一面板成第一角度设置的第二面板，其上具有基准标记的第二布置。在第二布置的基准标记中，第二布置中的每个基准标记是独特可标识的。基准标记的第一布置与基准标记的第二布置相匹配。该方法还包括确定校准图像中的一个或多个基准标记的位置和标识。另外，该方法包括基于所确定的位置和标识来校准相机。