專利名稱：設備標定方法和系統及控制點對應關系的確定方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三維重構中的照相設備和/或投影設備標定方法和系 統，以及標定中控制點對應關系的確定方法和系統。
背景技術：
在計算機視覺、機器人學以及計算機圖形學等領域中，通常需要獲取三 維目標的空間位置等信息，以便根據這些空間位置信息將三維目標在計算機 中進行真實的三維重建。
為了獲取三維目標的空間位置信息，目前通常采用的方法中主要包括光 學方法和激光掃描法。激光掃描法由于其激光掃描設備一般比較昂貴，因此 無法得到普及。光學方法中目前較常見的方法為基于雙目視覺的方法，如圖 l所示，圖1為現有技術中基于雙目視覺獲取三維目標空間位置信息的方法 示意圖。該方法基于人的雙目視覺原理，從兩個不同的角度對三維目標(如 圖中的花枝)進行拍攝，根據拍攝的圖像中的像素點坐標、以及兩個照相設 備的標定信息，計算出三維目標對應點的空間坐標，從而得到三維目標各部 分的空間位置信息。
可見，該方法中，首先需要對從不同角度進行拍攝的兩個照相設備進行
標定，以確定照相設備的標定信息；然后對拍攝的圖像進行圖像匹配(Image Matching)，以識別出圖像中對應三維目標某一點的同名像素點的坐標，以 圖中花枝的一個空間三維點M為例，H設C,和C,為兩個相機的位置，，和m, 是M點在兩個相機上的成像點，則對應M點需要找到^和w,兩個像素點的 圖像坐標，再根據這兩個像素點的坐標及照相設備的標定信息計算出M點 的空間坐標。其中，圖像匹配是一個非常復雜且實現困難的過程，因此為了避免進行 圖像匹配，目前經常采用通過光柵投影結構光的方法，該方法中，投影設備 將投射光束通過根據空間結構光編碼的光柵投影在三維目標上形成結構光， 三維目標的空間信息經過結構光編碼成為條紋圖形，這些條紋圖形由與投影 中心成一定角度的照相設備記錄，通過對記錄的 一 系列投影光柵進行結構光 解碼，得到圖像中對應三維目標某一點的同名像素點的坐標，根據該同名像 素點的坐標及照相設備和投影設備的標定信息計算出三維目標對應點的空 間坐標，從而得到三維目標各部分的空間位置信息。
可見，上述兩種方法中均需要對照相設備，或者以及投影設備進行標定， 以獲取照相設備，或者以及投影設備的內部參數(如焦距和主點位置)及外 部參數(如其在空間坐標系中的位置和方向信息)等標定信息。
例如，假設三維目標某一三維點Z的空間坐標為JT =
z一
該三維點在
圖像上的成像點X的坐標為X =
，則根據小孔成像原理，照相設備拍攝圖
像時，三維點Z和它投影到照相設備成像面上得到的成像點X之間的數學模
型可如下式(l)所示
/
其中，i 為照相設備的方向信息，r為照相設備的位置信息；/為照相 設備的焦距，("。,v。)為照相設備的主點位置。標定的目的就是為了得到/， K,v。)， / 和r這些標定信息，進而在得到x后，可以根據式(l)計算出z。
為了得到上述標定信息，在標定時就需要知道若干個(即大于或等于未 知數的個數)三維點I的坐標和對應的成像點x的坐標，之后分別將這些已 知的三維點義的坐標及其對應的成像點X的坐標代入式(l)中，得到包括未知 數/, ("。，v。)，及和r的方程組，從而求解出標定信息/, K,v。)， w和r。其中，方程組中的方程個數應該大于或等于未知數的個數。
為了建立若干個三維點Z和對應的成像點;c的對應關系， 一般的標定方 法都是通過建立控制場，來提供一些空間位置固定并且具有特定紋理信息的 標志控制點Z,之后由照相設備對控制場進行拍照，然后從圖像中得到特定 紋理信息控制點的成像點x 。
其中，從圖像中尋找控制點Z的成像點x涉及到圖像識別技術，是一個 比較困難的問題。現有技術中，有些方法采用類似格網或棋盤格的控制場， 如圖2所示，圖2示出了一種類似棋盤格的控制場，該方法中，可將控制場 中任意兩條不平行直線的交點作為控制點，在確定控制點與其成像點之間的 對應關系時，在控制場的圖像中利用直線信息來提取交點。但該方法中由于 各個交點的紋理信息都是相似的，不具有唯一性，因此4艮難確定當前提取的 交點對應控制場的哪個控制點，使得確定控制點與其成像點之間對應關系的 準確度一交低。

發明內容
有鑒于此，本發明中一方面提供一種標定中控制點對應關系的確定方法 和系統，另 一方面提供一種三維重構中的照相設備標定方法和投影設備標定 方法，以提高標定中確定控制點與其成像點之間對應關系的準確度。
本發明所提供的標定中控制點對應關系的確定方法，包括 在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有
唯一性的顏色組合，得到標定控制場；
對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標定控制場的圖像； 在所述標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制
點的成像點與控制點之間的對應關系。
本發明所提供的標定中控制點對應關系的確定系統，包括標定控制場、
照相設備和第一控制點對應關系確定單元，其中，
所述標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的控制場；
所述照相設備用于對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標
定控制場的圖像；
所述第一控制點對應關系確定單元用于在所述標定控制場的圖像中，利 用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。
本發明所提供的三維重構中的設備標定方法，包括
在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有 唯一性的顏色組合，得到標定控制場；
利用照相設備對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標定控 制場的圖像；
在所述標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點 的成像點與控制點之間的對應關系；
根據具有對應關系的多個成像點及其對應的控制點，列出包括照相設備 未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到照相設備的標定信息。
本發明所提供的三維重構中的設備標定系統，包括標定控制場、照相 設備、第一控制點對應關系確定單元和照相設備標定單元，其中，
所述標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交 點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的控制場；
所述照相設備用于對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標 定控制場的圖像；
所述第一控制點對應關系確定單元用于在所述標定控制場的圖像中，利用 棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系；
所述照相設備標定單元用于根據具有對應關系的多個成像點及其對應 的控制點，列出包括照相設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到 照相設備的標定信息。
本發明所提供的三維重構中的投影設備標定方法，包括在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有 唯一性的顏色組合，得到標定控制場；
利用照相設備對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到沒有投影光
柵的標定控制場的圖像；
利用投影設備將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上，利 用照相設備對投影有光柵的標定控制場進行拍攝，得到帶有光柵的標定控制場 的圖像；
在沒有光柵的標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定 控制點的成像點與控制點之間的對應關系；
在對應的帶有光柵的標定控制場的圖像中，找到已確定與控制點的對應關 系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索所述成像點鄰域內的光柵 成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到所述光柵成像線條對應的 投影光柵中的光柵線條，建立所述成像點對應的控制點與所述成像點對應的光 柵線條之間的對應關系；
根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應的控制點，列出包括投影 設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到投影設備的標定信息。
本發明所提供的三維重構中的投影設備標定系統，包括標定控制場、 投影設備、照相設備、第一控制點對應關系確定單元、第二控制點對應關系 確定單元和投影設備標定單元，其中，
所述標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交 點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的控制場；
所述投影設備用于將編碼光柵-投影到放置于設定位置的標定控制場上；
所述照相設備用于分別對放置于設定位置的沒有光柵的標定控制場和投影 有光柵的標定控制場進行拍攝，分別得到沒有光柵的標定控制場的圖像和帶有 光柵的標定控制場的圖像；
所述第 一控制點對應關系確定單元用于在沒有光柵的標定控制場的圖像 中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系；
所述第二控制點對應單元用于在對應的帶有光柵的標定控制場的圖像中找 到已確定與控制點的對應關系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜 索所述成像點鄰域內的光柵成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得 到所述光柵成像線條對應的投影光柵中的光柵線條，并建立所述成像點對應的 控制點與所述成像點對應的光柵線條之間的對應關系；
所述投影設備標定單元用于根據具有對應關系的若干個光柵線條及其 對應的控制點，列出包括投影設備未知標定信息的方程組，求解該方程組， 得到投影設備的標定信息。
從上述方案可以看出，本發明中通過在棋盤格的控制場上，以每個設定 為控制點的棋盤格交點為中心設置具有唯 一 性的顏色組合，得到標定控制 場，并在該標定控制場的圖像上，在利用棋盤格信息的基礎上，還利用顏色 組合信息來確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系，從而提高了控制 點與其成像點之間對應關系的準確度。
進一步地，還可將編碼光柵投影到上述標定控制場上，進而在帶有光柵 的標定控制場的圖像上找到已確定與控制點的對應關系的成像點，分別以各 個成像點為搜索起始點，搜索所述成像點鄰域內的光柵成像線條，對搜索到 的光柵成像線條進行解碼，得到所述光柵成像線條對應的投影光柵中的光柵 線條，建立所述成像點對應的控制點與所述成像點對應的光柵線條之間的對 應關系，并進而利用具有該對應關系的若干個光柵線條及其對應的控制點來 對投影設備進行標定，從而實現了對投影裝置的標定。


圖1為現有技術中基于雙目視覺獲取三維目標空間位置信息的方法示 意圖2為現有技術中類似棋盤格的控制場的示意圖3為本發明實施例中三維重構中的照相設備標定方法的示例性流程
14圖4為本發明實施例中標定控制場的示意圖5為本發明實施例中三維重構中的照相設備標定系統的示例性結構
圖6為圖5所示標定系統中第 一控制點對應關系確定單元的內部結構示 意圖7為本發明實施例中三維重構中的投影設備標定方法的示例性流程
圖8為本發明實施例中三維重構中的投影設備標定系統的示例性結構圖。
具體實施例方式
本發明實施例中，為了降低標定中控制點與其成像點之間對應關系的確 定難度，可在圖2所示棋盤格的作為控制點的交點處添加顏色組合信息，之 后利用圖像中的棋盤格信息和顏色組合信息來確定控制點的成像點與控制 點之間的對應關系，從而提高了標定中確定控制點與其成像點之間對應關系 的準確度。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和 附圖，對本發明進一步詳細說明。
圖3為本發明實施例中三維重構中的照相設備標定方法的示例性流程 圖。如圖3所示，該流程包括如下步驟
步驟301，在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為 中心設置具有唯一性的顏色組合，得到新的控制場。為描述方法，本文中將 該新的控制場稱為標定控制場。
本步驟中，在每個棋盤格中作為控制點的交點處設置的顏色組合可以為 任意形狀的組合，只要該顏色組合能夠唯一的對應一個棋盤格交點即可。如 圖4所示，圖4中示出了本發明實施例中標定控制場的示意圖。圖4中，設置于每個交點處的顏色組合為由區分性很強的兩種顏色構成的兩個純色圓 的組合。例如可采用六種基準色紅、綠、藍、品紅、青、黃中的任意兩種 顏色構成上述的顏色組合。如對于圖4中的15種具有唯一性的顏色組合，
第1行的5個顏色組合可分別為外紅內綠、外紅內藍、外紅內黃、外紅內品 紅、外紅內青；第2行的5個顏色組合可分別為外綠內紅、外綠內藍、外綠 內黃、外綠內品紅、外綠內青；第3行的5個顏色組合可分別為外藍內紅、 外藍內綠、外藍內黃、外藍內品紅、外藍內青。可見，各顏色組合均不相同， 具有唯一性。此外，也可有其它形式的顏色組合，此處不再——列舉，只要 能保證各顏色組合在該控制場中能唯一對應一個交點即可。
步驟302,利用照相設備對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得 到該標定控制場的圖像。
為了獲取較高的計算精度，本步驟中可將標定控制場分別放置在不同的 深度位置上，即分別對標定控制場在不同深度上進行拍攝，如在兩個深度(如
第1深度和第2深度)或兩個以上深度(如第1深度、第2深度.......，第
n深度，n為大于或等于3的整數)上進行拍攝，得到各個不同深度上標定 控制場的圖像。
步驟303,在標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確 定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。
若標定控制場的圖像為一幅或一幅以上，則可對每幅圖像，通過提取圖 像中的直線信息來確定棋盤格的交點，即控制點的成像點，通過提取所確定 的交點處的顏色組合信息來確定該交點(即成像點)所對應的控制場中的控 制點，得到控制點的成像點與控制點之間的對應關系。具體實現時，對標定 控制場的圖像中的每幅圖像，可執行如下操作
A、 提取圖像中的邊緣信息。其中，提取圖像中邊緣信息的方法可采用 圖像處理技術中的相關方法，如可根據坎尼(Canny)算子來提取。
B、 從所述邊緣信息中提取出所有的直線，該直線通常對應棋盤格的格 網線。其中，提取直線的方法可采用圖像處理技術中的相關方法，如可根據哈夫(Hough)變換來提取。
c、計算出任意兩條不平行的直線的交點，將該交點確定為目標成像點。 D、分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，搜索該成像點周圍設定
搜索范圍內的像素點的顏色值，判斷所述搜索范圍內的像素點的顏色組合是 否與各控制點對應的顏色組合中的某個顏色組合相匹配，如果匹配，則根據 該顏色組合信息確定該成像點所對應的控制場中的控制點，該成像點即為該 控制點的成像點。
進一步地，在上述過程中的步驟C和步驟D之間還可包括C0、,人所 確定的各成像點中確定出成像點顏色屬于所有顏色組合中的 一種顏色的成 像點。即判斷各成像點的顏色是否為所有顏色組合中的一種顏色，如果是， 則保留該成像點，如果不是，則排除掉該成像點。
進一步地，步驟C和步驟D之間還可包括Cl、從所述邊緣信息中提 取出所有的圓圈信息，并從各成像點中確定出位于任一個圓圈內的成像點。 即判斷各成像點是否位于任一個圓圈之內，如果是，則保留該成像點，如果 不是，則排除掉該成像點。這里的圓圈可以為正圓或橢圓等封閉性的曲線圓 周。
進一步地，步驟C和步驟D之間還可包括C2、分別以所確定的每個 成像點為搜索起始點，在設定范圍內搜索該成像點周圍與該成像點顏色相同 的像素點，得到包括所述成像點的由所有顏色相同的像素點構成的區域，確 定出位于區域中心的各個成像點。即判斷各交點是否位于對應區域的中心， 如果是，則保留該成像點，如果不是，則排除掉該成像點。
上述步驟C0、步驟C1和步驟C2三種操作可以同時存在于圖3所示的 方法中，也可以只存在任意一種或兩種，且各操作之間的先后順序不限定于 由上述序號所表示的順序，即其順序可任意調整。
步驟304，根據具有對應關系的若干個成像點及其對應的控制點，列出 包括照相設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到照相設備的標定
4呂息。以上對本發明實施例中三維重構中的照相設備標定方法進行了詳細描 述，下面再對本發明實施例中三維重構中的照相設備標定系統進4亍詳細描 述。
圖5為本發明實施例中三維重構中的照相設備標定系統的示例性結構
圖。如圖5所示，該系統包括標定控制場、照相設備、第一控制點對應關 系確定單元和照相設備標定單元。
其中，標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤 格交點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的新的控制場。
照相設備用于對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標定 控制場的圖像。具體實現時，該照相設備可對該標定控制場在不同深度上進 行拍攝，如在兩個或兩個以上的深度上進行拍攝，得到所述標定控制場的各 個不同深度上的圖像。
第 一控制點對應關系確定單元用于在所述標定控制場的圖像中，利用棋 盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。
照相設備標定單元用于根據具有對應關系的若干個成像點及其對應的 控制點，列出包括照相設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到照 相設備的標定信息。
具體實現時，第 一 控制點對應關系確定單元的內部結構可有多種實現形 式，例如，第一控制點對應關系確定單元可通過提取圖像中的直線信息來確 定棋盤格的交點，即控制點的成像點，通過提取所確定的交點處的顏色組合 信息來確定該交點(即成像點)所對應的控制場中的控制點，從而得到控制 點的成像點與控制點之間的對應關系。則其中一種結構可如圖6所示，包括 邊緣信息提取模塊、直線提取模塊、交點計算模塊和對應關系確定模塊。
其中，邊緣信息提取模塊用于提取當前圖像中的邊緣信息。其中，提取 圖像中邊緣信息的方法可采用圖像處理技術中的相關方法，如可根據Canny 算子來提取。
直線提取模塊用于從所述邊緣信息中提取出所有的直線。其中，提取直線的方法可采用圖像處理技術中的相關方法，如可根據Hough變換來提取。 交點計算模塊用于計算出任意兩條不平行的直線的交點，將該交點確定
為目標成像點。
對應關系確定模塊用于分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，搜索 該成像點周圍設定搜索范圍內的像素點的顏色值，判斷所述搜索范圍內的像 素點的顏色組合是否與各控制點對應的顏色組合中的某個顏色組合相匹配， 如果匹配，則根據該顏色組合信息確定該成像點所對應的控制場中的控制 點，該成像點即為該控制點的成像點。
進一步地，如圖6中的虛線部分所示，在該第一控制點對應關系確定單
元中的交點計算模塊和對應關系確定模塊之間還可包括第 一交點排查確定 模塊，和/或，第二交點排查確定模塊，和/或，第三交點排查確定模塊。
其中，第 一交點排查確定模塊用于從所確定的各成像點中確定出成像點 顏色屬于所有顏色組合中的一種顏色的成像點。即判斷各成像點的顏色是否 為所有顏色組合中的一種顏色，如果是，則保留該成像點，如果不是，則排 除掉該成像點。
第二交點排查確定模塊用于從所述邊緣信息提取模塊所提取的邊緣信 息中提取出所有的圓圈信息，并從各成像點中確定出位于任一個圓圈內的成 像點。即判斷各成像點是否位于任一個圓圏之內，如果是，則保留該成像點， 如果不是，則排除掉該成像點。這里的圓圏可以為正圓或橢圓等封閉性的曲 線圓周。
第三交點排查確定模塊用于分別以所確定的每個成像點為搜索起始點， 在設定范圍內搜索該成像點周圍與該成像點顏色相同的像素點，得到包括所 述成像點的由所有顏色相同的像素點構成的區域，確定出位于區域中心的各 個成像點。即判斷各交點是否位于對應區域的中心，如果是，則保留該成像 點，如果不是，則排除掉該成像點。
其中，當系統中包括兩個或兩個以上的交點排查確定模塊時(如同時包 括第一交點排查確定模塊和第三交點排查確定模塊)，各交點排查確定模塊之間的先后連接關系可根據實際需要確定。
圖7為本發明實施例中三維重構中的投影設備標定方法的示例性流程 圖。本發明實施例中，由于投影設備投影的編碼光柵可以被認為是投影設備 的成像光柵圖像，且編碼光柵中每個線條相對于投影設備的成像坐標是已知 的，因此可建立光柵線條與控制點的對應關系，之后利用該對應關系可以得
到投影設備的標定信息。如圖7所示，該流程包括如下步驟
步驟701,在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為
中心設置具有唯 一 性的顏色組合，得到標定控制場。
本步驟的具體實現過程與圖3所示步驟301中的具體實現過程一致，此
處不再贅述。
步驟702,利用照相設備對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得 到該標定控制場的圖像。該圖像為沒有光柵的標定控制場的圖像。
步驟703,利用投影設備將編碼光柵投影到該放置于設定位置的標定控 制場上，利用照相設備對投影有光柵的所述標定控制場進行拍攝，得到帶有 光柵的標定控制場的圖像。
為了獲取較高的計算精度，步驟702和步驟703中可將標定控制場分別 放置在不同的深度位置上，利用照相設備分別對沒有投影光柵的標定控制場 和投影有光柵的標定控制場在相應深度上進行拍攝，如在兩個深度(如第1
深度和第2深度)或兩個以上深度(如第1深度、第2深度.......，第n深
度，n為大于或等于3的整數)上進行拍攝，得到各深度上沒有光柵的標定 控制場和帶有光柵的標定控制場的圖像。
步驟704，在沒有光柵的標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色 組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。
本步驟的具體實現過程與圖3所示步驟303中的具體實現過程一致，此 處不再贅述。
具體實現時，步驟703也可以在步驟704之后執行。但需要保證沒有光 柵的標定控制場的圖像和帶有光柵的標定控制場的圖像分別在同 一深度上進行拍攝。例如，若沒有光柵的標定控制場的圖像在第l深度和第2深度上 進行拍攝，則帶有光柵的標定控制場的圖像也在第1深度和第2深度上進行 拍攝。
步驟705，在帶有光柵的標定控制場的圖像中找到已確定與控制點的對 應關系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索所述成像點鄰域內 的光柵成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到所述光柵成像線 條對應的投影光柵中的光柵線條。
可以理解，本步驟中，欲查找已確定與控制點的對應關系的成像點的帶 有光柵的標定控制場的圖像需與所述成像點所在的沒有光柵的標定控制場 的圖像為同 一深度上拍攝的。
步驟706，建立所述成像點對應的控制點與所述成像點對應的光柵線條 之間的對應關系。
步驟707,根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應的控制點，列 出包括投影設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到投影設備的標 定信息。
以上對本發明實施例中三維重構中的投影設備標定方法進行了詳細描 述，下面再對本發明實施例中三維重構中的投影設備標定系統進行詳細描 述。
圖8為本發明實施例中三維重構中的投影設備標定系統的示例性結構 圖。如圖8所示，該系統包括標定控制場、投影設備、照相設備、第一控 制點對應關系確定單元和4更影設備標定單元。
其中，標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤 格交點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的新的控制場。
投影設備用于將編碼光柵投影到放置于設定位置的標定控制場上。
照相設備用于分別對放置于設定位置的沒有投影光柵的標定控制場和 投影有光柵的標定控制場進行拍攝，并分別得到沒有光柵的標定控制場的圖 像和帶有光柵的標定控制場的圖像。具體實現時，該照相設備可對標定控制場在不同深度上進行拍攝，如在兩個或兩個以上的深度上進行拍攝，分別得 到不帶有光柵和帶有光柵的標定控制場的各個不同深度上的圖像。
第 一控制點對應關系確定單元用于在沒有光柵的標定控制場的圖像中， 利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應 關系。
第二控制點對應關系確定單元用于在帶有光柵的標定控制場的圖像中 找到已確定與控制點的對應關系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始 點，搜索所述成像點鄰域內的光柵成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行 解碼，得到所述光柵成像線條對應的投影光柵中的光柵線條，并建立所述成 像點對應的控制點與所述成^(象點對應的光柵線條之間的對應關系。
投影設備標定單元用于根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應 的控制點，列出包括投影設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到 投影設備的標定信息。
具體實現時，第一控制點對應關系確定單元的內部結構可與圖5所示系 統中的描述一致，此處不再贅述。
實際應用中，采用通過光柵投影結構光的方法時，照相設備和投影設備 都需要進行標定，此時，在圖7所示標定方法的步驟704之后，可進一步包 括根據具有對應關系的多個成像點及其對應的控制點，列出包括照相設備 未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到照相設備的標定信息。相應地， 在圖8所示系統中還包括照相設備標定單元，用于根據具有對應關系的多個 成像點及其對應的控制點，列出包括照相設備未知標定信息的方程組，求解 該方程組，得到照相設備的標定信息。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了 進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已， 并非用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任 何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種標定中控制點對應關系的確定方法，其特征在于，該方法包括在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有唯一性的顏色組合，得到標定控制場；對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標定控制場的圖像；在所述標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上，對投影有光柵的所述標定控制場進行拍攝，得到帶有光柵的標定控制場的圖像；在所述帶有光柵的標定控制場的圖像中，找到已確定與控制點的對應關系 的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索所述成像點鄰域內的光柵成 像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到所述光柵成像線條對應的投 影光柵中的光柵線條，建立所述成像點對應的控制點與所述成像點對應的光柵 線條之間的對應關系。
3、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對放置于設定位置的 標定控制場進行拍攝，得到所述標定控制場的圖像為分別對放置于第一深度 至第n深度上的標定控制場進行拍攝，得到各個不同深度上的標定控制場的圖 像；所述將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上為將編碼光 柵分別投影到放置于第一深度至第n深度上的標定控制場上；所述得到帶有光柵的標定控制場的圖像為得到各個不同深度上的帶有光 柵的標定控制場的圖像；其中，n為大于或等于2的整數。
4、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在標定控制場的圖像 中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系包括對每幅圖像執行如下操作A、 提取當前圖像中的邊緣信息；B、 從所述邊緣信息中提取出所有的直線；C、 計算出任意兩條不平行的直線的交點，將該交點確定為目標成像點；D、 分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，搜索該成像點周圍設定搜 索范圍內的像素點的顏色值，若所述搜索范圍內的像素點的顏色組合與各控制 點對應的顏色組合中的某個顏色組合相匹配，則根據該顏色組合信息確定該成 像點所對應的控制場中的控制點。
5、 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟C和步驟D之間進 一步包括從所確定的各成像點中確定出成像點顏色屬于所有顏色組合中的一種顏色 的成像點； 和/或，從所述邊緣信息中提取出所有的圓圈信息，并從各成像點中確定出位于任 一個圓圈內的成像點； 和/或，分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，在設定范圍內搜索該成像點周 圍與該成像點顏色相同的像素點，得到包括所述成像點的由所有顏色相同的像 素點構成的區域，確定出位于區域中心的各個成像點。
6、 一種標定中控制點對應關系的確定系統，其特征在于，該系統包括標 定控制場、照相設備和第一控制點對應關系確定單元，其中，所述標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交 點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的控制場；所述照相設備用于對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標 定控制場的圖像；所述第 一控制點對應關系確定單元用于在所述標定控制場的圖像中，利用 棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。
7、 如權利要求6所述的系統，其特征在于，該系統進一步包括投影設備和第二控制點對應單元，其中，所述投影設備用于將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上；所述照相設備還用于對投影有光柵的所述標定控制場進行拍攝，得到帶有光柵的標定控制場的圖像；所述第二控制點對應單元用于在所述帶有光柵的標定控制場的圖像中找到 已確定與控制點的對應關系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索 所述成像點鄰域內的光^f冊成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到 所述光柵成像線條對應的投影光柵中的光柵線條，并建立所述成像點對應的控 制點與所述成像點對應的光柵線條之間的對應關系。
8、 如權利要求6或7所述的系統，其特征在于，所述第一控制點對應關系 確定單元包括邊緣信息提取模塊，用于提取當前圖像中的邊緣信息； 直線提取模塊，用于從所述邊緣信息中提取出所有的直線； 交點計算模塊，用于計算出任意兩條不平行的直線的交點，將該交點確 定為目標成像點；對應關系確定模塊，用于分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，搜 索該成像點周圍設定搜索范圍內的像素點的顏色值，若所述搜索范圍內的像 素點的顏色組合與各控制點對應的顏色組合中的某個顏色組合相匹配，則根 據該顏色組合信息確定該成像點所對應的控制場中的控制點。
9、 如權利要求8所述的系統，其特征在于，所述交點計算模塊和所述 對應關系確定模塊之間，進一步包括第 一交點排查確定模塊，用于從所確定的各成像點中確定出成像點顏色 屬于所有顏色組合中的一種顏色的成像點；和/或，第二交點排查確定模塊，用于從所述邊緣信息中提取出所有的圓圈信息，并從各成像點中確定出位于任一個圓圈內的成像點； 和/或，第三交點排查確定模塊，用于分別以所確定的每個成像點為搜索起始 點，在設定范圍內搜索該成像點周圍與該成像點顏色相同的像素點，得到包 括所述成像點的由所有顏色相同的像素點構成的區域，確定出位于區域中心 的各個成像點。
10、 一種三維重構中的設備標定方法，其特征在于，該方法包括 在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有唯一性的顏色組合，得到標定控制場；利用照相設備對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標定控 制場的圖像；在所述標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點 的成像點與控制點之間的對應關系；根據具有對應關系的多個成像點及其對應的控制點，列出包括照相設備未 知標定信息的方程組，求解該方程組，得到照相設備的標定信息。
11、 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 利用投影設備將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上，利用照相設備對投影有光柵的所述標定控制場進行拍攝，得到帶有光柵的標定控 制場的圖像；在所述帶有光柵的標定控制場的圖像中，找到已確定與控制點的對應關系 的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索所述成像點鄰域內的光柵成 像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到所述光柵成像線條對應的投 影光柵中的光柵線條，建立所述成像點對應的控制點與所述成像點對應的光柵 線條之間的對應關系；根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應的控制點，列出包括投影設 備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到投影設備的標定信息。
12、 如權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述在標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系包括對每幅圖像執行如下操作A、 提取當前圖像中的邊緣信息；B、 從所述邊緣信息中提取出所有的直線；C、 計算出任意兩條不平行的直線的交點，將該交點確定為目標成像點；D、 分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，搜索該成像點周圍設定搜 索范圍內的像素點的顏色值，若所述搜索范圍內的像素點的顏色組合與各控制 點對應的顏色組合中的某個顏色組合相匹配，則根據該顏色組合信息確定該成 像點所對應的控制場中的控制點。
13、 一種三維重構中的設備標定系統，其特征在于，該系統包括標定控 制場、照相設備、第一控制點對應關系確定單元和照相設備標定單元，其中，所述標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交 點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的控制場；所述照相設備用于對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標 定控制場的圖像；所述第 一控制點對應關系確定單元用于在所述標定控制場的圖像中，利用 棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系；所述照相設備標定單元用于根據具有對應關系的多個成像點及其對應的控 制點，列出包括照相設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到照相設 備的標定信息。
14、 如權利要求13所述的系統，其特征在于，該系統進一步包括投影設 備、第二控制點對應單元和投影設備標定單元，其中，所述投影設備用于將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上；所述照相設備還用于對投影有光柵的所述標定控制場進行拍攝，得到帶有 光柵的標定控制場的圖像；所述第二控制點對應單元用于在所述帶有光柵的標定控制場的圖像中找到已確定與控制點的對應關系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索 所述成像點鄰域內的光柵成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到 所述光柵成像線條對應的投影光柵中的光柵線條，并建立所述成像點對應的控 制點與所述成像點對應的光柵線條之間的對應關系；所述投影設備標定單元用于根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應 的控制點，列出包括投影設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到投 影設備的標定信息。
15、 如權利要求13或14所述的系統，其特征在于，所述第一控制點對應 關系確定單元包括邊緣信息提取模塊，用于提取圖像中的邊緣信息； 直線提取模塊，用于從所述邊緣信息中提取出所有的直線； 交點計算模塊，用于計算出任意兩條不平行的直線的交點，將該交點確 定為目標成像點；對應關系確定模塊，用于分別以所確定的每個成像點為搜索起始點，搜 索該成像點周圍設定搜索范圍內的像素點的顏色值，若所述搜索范圍內的像 素點的顏色組合與各控制點對應的顏色組合中的某個顏色組合相匹配，則根 據該顏色組合信息確定該成像點所對應的控制場中的控制點。
16、 一種三維重構中的投影設備標定方法，其特征在于，該方法包括 在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有唯一性的顏色組合，得到標定控制場；利用照相設備對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到沒有投影光 柵的標定控制場的圖像；利用投影設備將編碼光柵投影到所述放置于設定位置的標定控制場上，利 用照相設備對投影有光柵的標定控制場進行拍攝，得到帶有光柵的標定控制場 的圖像；在沒有光柵的標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定 控制點的成像點與控制點之間的對應關系；在對應的帶有光柵的標定控制場的圖像中，找到已確定與控制點的對應關 系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜索所述成像點鄰域內的光柵 成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得到所述光柵成像線條對應的 投影光柵中的光柵線條，建立所述成像點對應的控制點與所述成像點對應的光 柵線條之間的對應關系；根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應的控制點，列出包括投影設 備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到投影設備的標定信息。
17、 一種三維重構中的投影設備標定系統，其特征在于，該系統包括 標定控制場、投影設備、照相設備、第一控制點對應關系確定單元、第二控制 點對應關系確定單元和投影設備標定單元，其中，所述標定控制場為在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交 點為中心設置了具有唯一性的顏色組合的控制場；所述投影設備用于將編碼光柵投影到放置于設定位置的標定控制場上；所述照相設備用于分別對放置于設定位置的沒有光柵的標定控制場和投影 有光柵的標定控制場進行拍攝，分別得到沒有光柵的標定控制場的圖像和帶有 光柵的標定控制場的圖像；所述第 一控制點對應關系確定單元用于在沒有光柵的標定控制場的圖像 中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應 關系；所述第二控制點對應單元用于在對應的帶有光柵的標定控制場的圖像中找 到已確定與控制點的對應關系的成像點，分別以各個成像點為搜索起始點，搜 索所述成像點鄰域內的光柵成像線條，對搜索到的光柵成像線條進行解碼，得 到所述光柵成像線條對應的投影光柵中的光柵線條，并建立所述成像點對應的 控制點與所述成像點對應的光柵線條之間的對應關系；所述^:影設備標定單元用于根據具有對應關系的若干個光柵線條及其對應的控制點，列出包括投影設備未知標定信息的方程組，求解該方程組，得到投 影設備的標定信息。
全文摘要
本發明公開了一種三維重構中的設備標定方法和系統，以及標定過程中控制點對應關系的確定方法及系統。其中，標定過程中控制點對應關系的確定方法包括在棋盤格的控制場上，以每個設定為控制點的棋盤格交點為中心設置具有唯一性的顏色組合，得到標定控制場；對放置于設定位置的標定控制場進行拍攝，得到所述標定控制場的圖像；在所述標定控制場的圖像中，利用棋盤格信息和顏色組合信息確定控制點的成像點與控制點之間的對應關系。本發明所公開的方案，能夠提高標定中確定控制點與其成像點之間對應關系的準確度。
文檔編號G06T7/00GK101295403SQ20081011445
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月5日 優先權日2008年6月5日
發明者操 沈, 謝東海, 英 黃 申請人:北京中星微電子有限公司