CN104574355A - 立体摄像机的校准系统和立体摄像机的校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立体摄像机的校准系统和立体摄像机的校准方法。所述校准方法包含选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数；对对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案执行一图像获取步骤；根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数；以及根据所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。因此，本发明可减少所述立体摄像机在出货前的验证时间和简化所述立体摄像机在出货前的验证环境。
Description
技术领域
本发明有关于一种立体摄像机的校准系统和立体摄像机的校准方法，尤其涉及一种利用主机快速仿真产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至显示屏，以减少立体摄像机在出货前的验证时间和简化立体摄像机在出货前的验证环境的立体摄像机的校准系统和立体摄像机的校准方法。
背景技术
现有技术所公开的立体摄像机的校准方法是先利用手动或机械旋转预定二维图案至不同角度，然后立体摄像机的左眼图像获取单元和右眼图像获取单元分别获取对应不同角度的二维图案的图案。在左眼图像获取单元和右眼图像获取单元分别获取对应不同角度的二维图案的图案后，可根据对应不同角度的二维图案的图案，产生立体摄像机的摄像机校准参数(cameracalibration parameters)和图像矫正参数(image rectification parameters)。
然而，现有技术所公开的立体摄像机的校准方法太复杂且太耗时间。因此，现有技术所公开的立体摄像机的校准方法是适用于实验室操作，但不适合立体摄像机的制造者在出货前的验证环境。
发明内容
本发明的一实施例公开一种立体摄像机的校准方法，其中一应用于所述校准方法的校准系统包含一主机和一显示屏，且所述立体摄像机包含一左眼图像获取单元和一右眼图像获取单元。所述校准方法包含所述主机选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数；所述左眼图像获取单元和所述右眼图像获取单元分别对所述主机产生的对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案执行一图像获取步骤，其中所述图像获取步骤包含：所述显示屏显示所述至少一左眼图案，其中所述至少一左眼图案的每一左眼图案对应一预定角度和一预定距离；所述左眼图像获取单元获取对应所述每一左眼图案的一第一图像；所述显示屏显示所述至少一右眼图案，其中所述至少一右眼图案的每一右眼图案对应所述预定角度和所述预定距离；及所述右眼图像获取单元获取对应所述每一右眼图案的一第二图像；在对应所述每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案都被执行所述图像获取步骤后，所述主机根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数；所述主机根据所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。
本发明的另一实施例公开一种立体摄像机的校准系统，其中所述立体摄像机包含一左眼图像获取单元和一右眼图像获取单元。所述校准系统包含一主机与一显示屏。所述主机是用以选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数，以及产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案。所述显示屏是耦接于所述主机，用以显示所述至少一左眼图案和所述至少一右眼图案，其中所述至少一左眼图案的每一左眼图案以及所述至少一右眼图案的每一右眼图案对应一预定角度和一预定距离。在所述显示屏显示所述每一左眼图案后，所述左眼图像获取单元获取对应所述每一左眼图案的一第一图像，以及在所述显示屏显示所述每一右眼图案后，所述右眼图像获取单元获取对应所述每一右眼图案的一第二图像。在所述左眼图像获取单元获取对应所述每一左眼图案的第一图像，以及所述右眼图像获取单元获取对应所述每一右眼图案的第二图像后，所述主机另用以根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数，以及根据所述产生所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。
本发明的另一实施例公开一种立体摄像机的校准系统，其中所述立体摄像机包含一左眼图像获取单元和一右眼图像获取单元。所述校准系统包含一主机和一显示屏。所述主机是用以选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数，以及产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案。所述显示屏耦接于所述主机，用以显示所述至少一左眼图案和所述至少一右眼图案，所述至少一左眼图案的每一左眼图案以及所述至少一右眼图案的每一右眼图案对应一预定角度和一预定距离，其中所述立体摄像机的所述左眼图像获取单元依据所述至少一左眼图案产生多个第一图像，所述右眼图像获取单元依据所述至少一右眼图案产生多个第二图像。所述主机根据所述多个第一图像和所述多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数，并根据所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。
本发明公开一种立体摄像机的校准系统和立体摄像机的校准方法。所述校准系统和所述校准方法是利用一主机快速仿真产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至显示屏，其中所述至少一左眼图案的每一左眼图案以及所述至少一右眼图案的每一右眼图案是对应一预定角度和一预定距离。因此，相较于现有技术，本发明具有下列优点：第一、由于所述主机可仿真产生对应所述至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至一显示屏，所以本发明不须一机械手臂控制所述至少一二维图案至不同的预定角度与不同的预定距离以简化所述立体摄像机在出货前的验证环境；第二、由于所述主机可快速仿真产生对应所述至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至所述显示屏，所以本发明可大量减少所述立体摄像机在出货前的验证时间。
附图说明
图1是本发明第一实施例公开的一种立体摄像机的校准系统的示意图。
图2是本发明第二实施例公开的一种立体摄像机的校准方法的流程图。
图3至5是说明对应预定角度和预定距离的左眼图案的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100 立体摄像机
102 左眼图像获取单元
104 右眼图像获取单元
120 校准系统
1202 主机
1204 显示屏
300、302、304 左眼图案
2022 储存装置
200-218 步骤
具体实施方式
请参照图1，图1是本发明第一实施例公开的一种立体摄像机100的校准系统120的示意图，其中立体摄像机100包含一左眼图像获取单元102和一右眼图像获取单元104，且校准系统120包含一主机1202与一显示屏1204。请参照图1和图2，图2是本发明第二实施例公开的一种立体摄像机的校准方法的流程图。图2的校准方法是利用图1的立体摄像机100与校准系统120说明，详细步骤如下：
步骤200：开始；
步骤202：主机1202设定立体摄像机100的多个摄像机校准参数(cameracalibration parameter)与多个图像矫正参数(image rectificationparameter)；
步骤204：显示屏1204显示主机1202所产生的对应至少一二维图案的一二维图案的多个左眼图案，其中所述多个左眼图案的每一左眼图案对应一预定角度和一预定距离；
步骤206：左眼图像获取单元102获取对应所述多个左眼图案的每一左眼图案的一第一图像，并储存对应所述多个左眼图案的每一左眼图案的第一图像至主机1202的一储存装置2022；
步骤208：显示屏1204显示主机1202所产生的对应所述至少一二维图案的所述二维图案的多个右眼图案，其中所述多个右眼图案的每一右眼图案对应所述预定角度和所述预定距离；
步骤210：右眼图像获取单元104获取对应所述多个右眼图案的每一右眼图案的一第二图像，并储存对应所述多个右眼图案的每一右眼图案的第二图像至储存装置2022；
步骤212：显示屏1204是否已显示完主机1202所产生的对应所述至少一二维图案的所有左眼图案与所有右眼图案；如果否，跳回步骤204；如果是，执行步骤214；
步骤214：主机1202根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数；
步骤216：主机1202根据所述多个新摄像机校准参数，产生立体摄像机100的多个新图像矫正参数；
步骤218：结束。
在步骤202中，立体摄像机100的摄像机校准参数包含立体摄像机100的内部参数与外部参数，其中立体摄像机100的内部参数包含对应左眼图像获取单元102的镜片焦距、光轴、传感器尺寸、像素数目、镜片形变或镜片曲度，以及对应右眼图像获取单元104的镜片焦距、光轴、传感器尺寸、像素数目、镜片形变或镜片曲度；及立体摄像机100的外部参数包含左眼图像获取单元102的位置、右眼图像获取单元104的位置、左眼图像获取单元102与右眼图像获取单元104之间的距离、左眼图像获取单元102与右眼图像获取单元104之间的相对旋转角度、左眼图像获取单元102与右眼图像获取单元104之间的相对歪斜，以及左眼图像获取单元102与右眼图像获取单元104之间的色彩与亮度误差。但本发明并不受限于上述立体摄像机100的摄像机校准参数。另外，是否执行步骤202可视实际需求而决定。在步骤204中，主机1202可产生对应所述至少一二维图案的一二维图案的多个左眼图案，其中所述多个左眼图案的每一左眼图案对应一预定角度和一预定距离(如图3-5所示)，其中图3所示的一左眼图案300是仿真对应一角度15°以及和距离立体摄像机100之间的距离为一公尺的一实际左眼图案，图4所示的一左眼图案302是仿真对应一角度30°以及和距离立体摄像机100之间的距离为二公尺的一实际左眼图案，以及图5所示的一左眼图案304是仿真对应一角度60°以及和距离立体摄像机100之间的距离为三公尺的一实际左眼图案。另外，如图3、4和5所示的角度(15°、30°、60°)和距离(一公尺、二公尺、三公尺)可由主机1202动态产生或是预储存于主机1202内的储存装置2022，其中储存装置2022可为一内存或一光盘。另外，主机1202可控制如图3至5所示的左眼图案与相对应的实际左眼图案之间的误差。另外，在本发明的另一实施例中，主机1202是产生对应所述至少一二维图案的一二维图案的一左眼图案，其中所述左眼图案是对应一预定角度和一预定距离，也就是说主机1202仅产生一左眼图案对应所述至少一二维图案的一二维图案。在步骤206中，当显示屏1204显示对应所述至少一二维图案的一二维图案的多个左眼图案中的每一左眼图案时，左眼图像获取单元102可获取对应所述多个左眼图案的每一左眼图案的一第一图像，并储存对应所述多个左眼图案的每一左眼图案的第一图像至储存装置2022。在步骤208-210中，因为立体摄像机100与校准系统120对于对应所述至少一二维图案的所述二维图案的多个右眼图案的操作原理和立体摄像机100与校准系统120对于对应所述至少一二维图案的所述二维图案的多个左眼图案的操作原理(如步骤204-206所示)相同，所以在此不再赘述。另外，对应至少一二维图案的一二维图案的多个左眼图案中的每一左眼图案和对应所述二维图案的多个右眼图案中的一右眼图案互相对应。另外，本发明并不受限于步骤204、206、208、210的执行顺序，也就是说在本发明的另一实施例中，步骤204、206是在步骤208、210之后执行。在步骤214中，主机1202可利用开放原始码计算机视觉数据库(Open SourceComputer Vision Library,OpenCV)根据储存装置2022内所储存的对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像中的每一第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像中的一相对应第二图像之间的多个相对特征点，产生多个新摄像机校准参数。但本发明并不受限于上述在步骤214中，主机1202利用开放原始码计算机视觉数据库产生所述多个新摄像机校准参数的方法，也就是说本发明也可利用其他现有技术所公开的方法产生所述多个新摄像机校准参数。在步骤216中，在主机1202产生所述多个新摄像机校准参数后，主机1202可根据所述多个新摄像机校准参数，产生立体摄像机100的多个新图像矫正参数。如果立体摄像机100根据多个新摄像机校准参数和多个新图像矫正参数所产生的一立体图像不能满足立体摄像机100的制造者的需求，则立体摄像机100的制造者可重复执行上述步骤直到根据立体摄像机100所产生的一立体图像可满足立体摄像机100的制造者的需求。
综上所述，本发明所公开的立体摄像机的校准系统和立体摄像机的校准方法是利用主机快速仿真产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至显示屏，其中所述至少一左眼图案的每一左眼图案以及所述至少一右眼图案的每一相对应右眼图案是对应一预定角度和一预定距离。因此，相较于现有技术，本发明具有下列优点：第一、由于主机可仿真产生对应所述至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至显示屏，所以本发明不须机械手臂控制所述至少一二维图案至不同的预定角度与不同的预定距离以简化立体摄像机在出货前的验证环境；第二、由于主机可快速仿真产生对应所述至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案至显示屏，所以本发明可大量减少立体摄像机在出货前的验证时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种立体摄像机的校准方法，其中一应用于所述校准方法的校准系统包含一主机和一显示屏，且所述立体摄像机包含一左眼图像获取单元和一右眼图像获取单元，所述校准方法包含：
所述主机选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数；
其特征在于还包含：
所述左眼图像获取单元和所述右眼图像获取单元分别对所述主机产生的对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案执行一图像获取步骤，其中所述图像获取步骤包含：
所述显示屏显示所述至少一左眼图案，其中所述至少一左眼图案的每一左眼图案对应一预定角度和一预定距离；
所述左眼图像获取单元获取对应所述每一左眼图案的一第一图像；
所述显示屏显示所述至少一右眼图案，其中所述至少一右眼图案的每一右眼图案对应所述预定角度和所述预定距离；及
所述右眼图像获取单元获取对应所述每一右眼图案的一第二图像；
在对应所述每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案都被执行所述图像获取步骤后，所述主机根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数；及
所述主机根据所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。
2.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：所述立体摄像机的多个摄像机校准参数包含所述立体摄像机的内部参数与外部参数。
3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于：所述立体摄像机的内部参数包含对应所述左眼图像获取单元的镜片焦距、光轴、传感器尺寸、像素数目、镜片形变或镜片曲度，以及对应所述右眼图像获取单元的镜片焦距、光轴、传感器尺寸、像素数目、镜片形变或镜片曲度；所述立体摄像机的外部参数包含所述左眼图像获取单元的位置、所述右眼图像获取单元的位置、所述左眼图像获取单元与所述右眼图像获取单元之间的距离、所述左眼图像获取单元与所述右眼图像获取单元之间的相对旋转角度、所述左眼图像获取单元与所述右眼图像获取单元之间的相对歪斜，以及所述左眼图像获取单元与所述右眼图像获取单元之间的色彩与亮度误差。
4.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：所述图像获取步骤另包含：所述左眼图像获取单元储存所述第一图像至所述主机的一储存装置；及所述右眼图像获取单元储存所述第二图像至所述储存装置。
5.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：对应所述预定角度和所述预定距离的所述每一左眼图案是仿真对应所述预定角度和所述预定距离的一实际左眼图案，以及对应所述预定角度和所述预定距离的所述每一右眼图案是仿真对应所述预定角度和所述预定距离的一实际右眼图案。
6.如权利要求5所述的校准方法，其特征在于：所述主机另用以控制所述每一左眼图案与所述实际左眼图案之间的误差，以及控制所述每一右眼图案与所述实际右眼图案之间的误差。
7.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：所述预定角度和所述预定距离是所述主机动态产生或是预储存于所述主机的一储存装置。
8.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：所述每一左眼图案对应所述每一右眼图案。
9.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：在对应所述每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案都被执行所述图像获取步骤后，所述主机根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像中的每一第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像中的一相对应第二图像之间的多个相对特征点，产生所述多个新摄像机校准参数。
10.一种立体摄像机的校准系统，其中所述立体摄像机包含一左眼图像获取单元和一右眼图像获取单元，其特征在于，包含：
一主机，用以选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数，以及产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案；及
一显示屏，耦接于所述主机，用以显示所述至少一左眼图案和所述至少一右眼图案，其中所述至少一左眼图案的每一左眼图案以及所述至少一右眼图案的每一右眼图案对应一预定角度和一预定距离；
其中在所述显示屏显示所述每一左眼图案后，所述左眼图像获取单元获取对应所述每一左眼图案的一第一图像，以及在所述显示屏显示所述每一右眼图案后，所述右眼图像获取单元获取对应所述每一右眼图案的一第二图像；其中在所述左眼图像获取单元获取对应所述每一左眼图案的第一图像，以及所述右眼图像获取单元获取对应所述每一右眼图案的第二图像后，所述主机另用以根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数，以及根据所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。
11.如权利要求10所述的校准系统，其特征在于：所述第一图像被储存至所述主机的一储存装置，以及所述第二图像被储存至所述储存装置。
12.如权利要求10所述的校准系统，其特征在于：对应所述预定角度和所述预定距离的所述每一左眼图案是仿真对应所述预定角度和所述预定距离的一实际左眼图案，对应所述预定角度和所述预定距离的所述每一右眼图案是仿真对应所述预定角度和所述预定距离的一实际右眼图案。
13.如权利要求12所述的校准系统，其特征在于：所述主机另用以控制所述每一左眼图案与所述实际左眼图案之间的误差，以及控制所述每一右眼图案与所述实际右眼图案之间的误差。
14.如权利要求10所述的校准系统，其特征在于：所述预定角度和所述预定距离是所述主机动态产生或是预储存于所述主机的一储存装置。
15.如权利要求10所述的校准系统，其特征在于：所述每一左眼图案对应所述每一右眼图案。
16.如权利要求10所述的校准系统，其特征在于：所述主机根据对应所述至少一二维图案的所有左眼图案的多个第一图像中的每一第一图像和对应所述至少一二维图案的所有右眼图案的多个第二图像中的一相对应第二图像之间的多个相对特征点，产生所述多个新摄像机校准参数。
17.一种立体摄像机的校准系统，其中所述立体摄像机包含一左眼图像获取单元和一右眼图像获取单元，其特征在于，包含：
一主机，用以选择性地设定所述立体摄像机的多个摄像机校准参数与多个图像矫正参数，以及产生对应至少一二维图案的每一二维图案的至少一左眼图案与至少一右眼图案；及
一显示屏，耦接于所述主机，用以显示所述至少一左眼图案和所述至少一右眼图案，所述至少一左眼图案的每一左眼图案以及所述至少一右眼图案的每一右眼图案对应一预定角度和一预定距离，其中所述立体摄像机的所述左眼图像获取单元依据所述至少一左眼图案产生多个第一图像，所述右眼图像获取单元依据所述至少一右眼图案产生多个第二图像；
其中所述主机根据所述多个第一图像和所述多个第二图像，产生多个新摄像机校准参数，并根据所述多个新摄像机校准参数，产生多个新图像矫正参数。
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