[发明专利]一种基于移动显示屏的大尺寸双目视觉离焦标定方法在审
申请号: | 202010619873.6 | 申请日: | 2020-07-01 |
公开(公告)号: | CN111768451A | 公开(公告)日: | 2020-10-13 |
发明(设计)人: | 黄磊 | 申请(专利权)人: | 江苏集萃智能光电系统研究所有限公司 |
主分类号: | G06T7/80 | 分类号: | G06T7/80 |
代理公司: | 苏州国诚专利代理有限公司 32293 | 代理人: | 王会 |
地址: | 215300 江苏省苏州市昆*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 移动 显示屏 尺寸 双目 视觉 标定 方法 | ||
1.一种基于移动显示屏的大尺寸双目视觉离焦标定方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、连接两台高分辨率显示屏组合为柔性靶标,且连接后两台显示屏间相对位姿不再发生变化,每台显示屏分别显示相移条纹图案;
b、移动柔性靶标或双目相机,使两台显示屏分别出现在双目相机各自视场范围内并且固定好,双目相机分别同步采集各自视场范围内的显示屏所显示的相移条纹图像,拍摄同一位置的多张相移图像时相机与显示屏之间相对静止;
c、提取特征点亚像素级坐标;
d、双目相机内参标定;
e、以相机间结构参数不变以及显示屏之间相对位姿不变作为约束条件计算初值,基于相机成像模型建立最小化目标函数,通过非线性优化方法得到目标函数的最优解。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动显示屏的大尺寸双目视觉离焦标定方法,其特征在于,步骤a中,具体步骤如下:
(1)显示屏连接
利用刚性连杆连接并锁紧两台高分辨率显示屏,根据双目相机之间位置关系对两显示屏相对位置进行调整,移动连杆过程中不会对显示屏之间相对位姿产生影响;实验前获取显示屏单个像素尺寸,以便计算特征点空间坐标;
(2)相移条纹图案设计
采用相移法编码相移条纹靶标图案,相移法编码解码公式为:
其中,Ii(x,y)为点(x,y)处第i步相移图光强,N为相移步数,I′(x,y)为点(x,y)处背景光强,I”(x,y)为点(x,y)处调制光强,为点(x,y)处相位值。
3.根据权利要求1所述的一种基于移动显示屏的大尺寸双目视觉离焦标定方法,其特征在于,步骤c中,特征点亚像素级坐标的提取步骤为:
(1)图像采集结束后,解析图像,得到各像素点的相位值;
(2)选取多个特征点,得到其相位值,通过其相位值能够求得其在显示屏上的坐标值,结合显示屏像素尺寸即表示出其空间坐标;
(3)在选取特征点局部范围内,各像素点图像坐标与其在显示屏的坐标存在下列关系:
通过最小二乘法可求得该方程所有参数,此时将所求特征点的显示屏坐标值代入下列公式,即可求得该点的亚像素级坐标:
其中,为该点的图像坐标,为该点的显示屏坐标,a1、b1、c1、a2、b2、c2分别为拟合得到的平面系数,通过最小二乘法可求得所有平面系数。
4.根据权利要求1所述的一种基于移动显示屏的大尺寸双目视觉离焦标定方法,其特征在于,步骤d中,双目相机内参标定的具体步骤如下:
(1)将所得特征点亚像素级坐标与实际显示屏中的特征点坐标相对应,根据其像素尺寸以及该点的相位计算得到特征点空间坐标;
(2)利用张正友标定方法求解双目相机内参。
5.根据权利要求1所述的一种基于移动显示屏的大尺寸双目视觉离焦标定方法,其特征在于,步骤e中,具体步骤如下:
(1)根据步骤d得到的双目相机内参通过计算得到相机与各自对应的显示屏之间的位置关系,显示屏坐标系到相机的变换矩阵、相机坐标系之间变换矩阵、显示屏坐标系之间变换矩阵存在如下公式:
Mt1,c1Mt2,t1=Mc2,c1Mt2,c2 公式十六
其中,Mt1,c1,Mt2,t1,Mc2,c1,Mt2,c2分别为显示屏1坐标系与相机1坐标系之间转换矩阵、显示屏2坐标系与显示屏1坐标系之间转换矩阵、相机2坐标系与相机1坐标系之间转换矩阵、显示屏2坐标系与相机2坐标系之间转换矩阵;Rc2,c1,Tc2,c1分别为相机2坐标系与相机1坐标系之间的旋转矩阵与平移矩阵;Rt2,t1,Tt2,t1分别为显示屏2坐标系与显示屏1坐标系之间的旋转矩阵与平移矩阵;
(2)以相机间结构参数不变以及显示屏之间相对位姿不变作为约束条件结合数学方法计算出相机之间结构参数以及显示屏之间结构参数初值,
将两个不同位置拍摄的计算结果代入并联立可得:
其中,Mt1(i),c1,Mt2(j),c2,Mt1(j),c1,Mt2(i),c2分别为第i次采集显示屏1坐标系与相机1坐标系之间转换矩阵、第j次采集显示屏2坐标系与相机2坐标系之间转换矩阵、第j次采集显示屏1坐标系与相机1坐标系之间转换矩阵、第i次采集显示屏2坐标系与相机2坐标系之间转换矩阵;
根据AX=B方程的解法即可计算出相机之间结构参数以及显示屏之间结构参数初值;
(3)通过最小化投影误差的方法优化求解出最终相机之间结构参数,根据摄像机模型以及空间坐标系变换关系可以得到:
令优化函数为:
其中,s为比例系数,K1,K2为双目相机的相机1与相机2对应的内参矩阵,为靶标1中特征点在靶标1坐标系中三维坐标,为在第i个拍摄位置时靶标1在相机1中通过特征点提取算法得到的第j个特征点实际图像点坐标,在第i个拍摄位置时靶标1中第j个特征点在双目相机的相机1中通过摄像机模型计算得到的图像点坐标,为靶标2中第j个特征点在靶标2坐标系中三维坐标,为在第i个拍摄位置时靶标2在相机2中通过特征点提取算法得到的第j个特征点实际图像点坐标,为在第i个拍摄位置时靶标2中特征点在双目相机的相机2中通过摄像机模型计算得到的图像点坐标;利用求得的Rc2,c1、Tc2,c1、Rt2,t1、Tt2,t1作为初值代入公式利用非线性优化方法进行优化搜索即可求得其最优解。
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