CN107610179B

CN107610179B - 一种影像撷取装置的校正方法

Info

Publication number: CN107610179B
Application number: CN201710786350.9A
Authority: CN
Inventors: 郑龙凯
Original assignee: Qisda Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Current assignee: Qisda Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2037-09-04
Also published as: CN107610179A

Abstract

本发明关于一种影像撷取装置的校正方法，影像撷取装置的校正方法包括步骤S1至步骤S4。步骤S1：提供N个参考物，该N个参考物不共面；步骤S2：分别于第一视角、第二视角及第三视角下撷取N个参考物的影像，并于对应的第一影像坐标系、第二影像坐标系及第三影像坐标系中计算得出N个参考物的第一二维坐标集合、第二二维坐标集合及第三二维坐标集合,其中，第三视角不同于第一视角及第二视角；步骤S3：依据第一二维坐标集合、第二二维坐标集合、第一坐标转换关系及第二坐标转换关系计算得出N个参考物于世界坐标系的三维坐标集合；步骤S4：依据三维坐标集合及第三二维坐标集合，计算得出第三坐标转换关系。

Description

一种影像撷取装置的校正方法

技术领域

本发明涉及一种影像撷取装置的校正方法，尤其涉及一种影像撷取装置的辅助校正方法。

背景技术

在现有技术中，影像撷取装置于某一视角下的坐标校正需要事先侦测一些参考物于世界坐标系中的三维坐标，再侦测该些参考物于影像坐标系中的二维坐标，最后，通过前述的三维坐标与二维坐标，来计算得出影像撷取装置于某一视角下的坐标转换关系，但是，在前述的常规校正方法，于每次校正的过程中，均需要侦测参考物于世界坐标系中的三维坐标，且每次校正时选取的参考物大多不会是上次校正时所选取的参考物，所以需要重新侦测本次所选取的参考物的三维坐标，使得校正过程较为繁琐。

发明内容

为改善上述校正过程繁琐的问题，本发明提供一种影像撷取装置的校正方法。

该影像撷取装置预存第一坐标转换关系与第二坐标转换关系，该第一坐标转换关系、该第二坐标转换关系分别为第一影像坐标系、第二影像坐标系中的二维坐标与世界坐标系中相应于该二维坐标的三维坐标之间的坐标转换关系，该第一影像坐标系为该影像撷取装置于第一视角时撷取的影像所在的坐标系，该第二影像坐标系为该影像撷取装置于第二视角时撷取的影像所在的坐标系，该第一视角不同于该第二视角，该影像撷取装置的校正方法包括：

步骤S1：提供N个参考物，该N个参考物不共面；

步骤S2：该影像撷取装置分别于该第一视角、该第二视角及第三视角下撷取该N个参考物的影像，并分别于对应的该第一影像坐标系、该第二影像坐标系及第三影像坐标系中计算得出该N个参考物的第一二维坐标集合(X1i,Y1i)、第二二维坐标集合(X2i,Y2i)及第三二维坐标集合(X3i,Y3i),其中，该第三视角不同于该第一视角及该第二视角，i为自然数且0<i<N+1，该第三影像坐标系为该影像撷取装置于第三视角下撷取的影像所在的坐标系；

步骤S3：依据该第一二维坐标集合(X1i,Y1i)、第二二维坐标集合(X2i,Y2i)、第一坐标转换关系及第二坐标转换关系计算得出该N个参考物于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)；以及

步骤S4：依据该三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)及该第三二维坐标集合(X3i,Y3i)，计算得出第三坐标转换关系，该第三坐标转换关系为第三影像坐标系中的二维坐标与于世界坐标系中相应的三维坐标之间的坐标转换关系。

作为可选的技术方案，该第一坐标转换关系包括第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)及对应于该第一二维坐标集合(X1i,Y1i)的第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)，通过该第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)及该第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)，该第一二维坐标集合(X1i,Y1i)可转换为对应的于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)，其中，(Xi,Yi,Zi)＝(X1,Y1,Z1)+δ1i*(U1i,V1i,W1i),δ1i为对应的距离系数。

作为可选的技术方案，该第二坐标转换关系包括第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及对应于该第二二维坐标集合(X2i,Y2i)的第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，通过该第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及该第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，该第二二维坐标集合(X2i,Y2i)可转换为对应的于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)，其中，(Xi,Yi,Zi)＝(X2,Y2,Z2)+δ2i*(U2i,V2i,W2i),δ2i为对应的距离系数。

作为可选的技术方案，于步骤S3中，依据(Xi,Yi,Zi)＝(X1,Y1,Z1)+δ1i*(U1i,V1i,W1i)＝(X2,Y2,Z2)+δ2i*(U2i,V2i,W2i)，计算得出(Xi,Yi,Zi)、δ1i及δ2i。

作为可选的技术方案，于步骤S4中，该第三坐标转换关系包括第三光学中心坐标(X3,Y3,Z3)及对应于该第三二维坐标集合(X3i,Y3i)的第三转换矢量查找表(U3i,V3i,W3i),其中，(Xi,Yi,Zi)＝(X3,Y3,Z3)+δ3i*(U3i,V3i,W3i),δ3i为对应的距离系数。

作为可选的技术方案，该影像撷取装置为带影像撷取功能的电子装置。

作为可选的技术方案，该电子装置为相机。

作为可选的技术方案，于该步骤S4后，该影像撷取装置于第四视角下撷取该N个参考物的影像，并于对应的第四影像坐标系中计算得出该N个参考物的第四二维坐标集合(X4i,Y4i)，依据该三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)及该第四二维坐标集合(X4i,Y4i)，计算得出第四坐标转换关系，该第四坐标转换关系为第四影像坐标系中的二维坐标与于世界坐标系中相应的三维坐标之间的坐标转换关系，该第四影像坐标系为该影像撷取装置于该第四视角下撷取的影像所在的坐标系，其中，该第四视角不同于该第一视角、该第二视角及该第三视角。

作为可选的技术方案，该N个参考物于该第一影像至该第四影像中可部分不可见。

作为可选的技术方案，该N个参考物于该第一影像至该第四影像中全部可见。

相比于现有技术，本发明的影像撷取装置的校正方法仅需事先预存两组坐标转换关系即可将其用来辅助计算影像撷取装置于其他任意视角下的坐标转换关系，而不需要在每次校正前都要侦测多个参考物(与上次校正程序中不同的参考物)的三维坐标，因为不需要获取上述多个参考物的三维坐标，而多个参考物于影像坐标系中的二维坐标在获取上又较为简单，所以可大大加快校正程序的进行，以降低影像撷取装置获取坐标转换关系的复杂程度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明影像撷取装置的校正方法的流程图；

图2为本发明影像撷取装置的校正示意图。

具体实施方式

图1为本发明影像撷取装置的校正方法的流程图。请参照图1，于本实施例中，影像撷取装置为带影像撷取功能的电子装置，前述的电子装置例如为相机。影像撷取装置事先预存第一坐标转换关系与第二坐标转换关系，第一坐标转换关系为第一影像坐标系中的二维坐标与对应的于世界坐标系中的三维坐标之间的坐标转换关系，第一影像坐标系为影像撷取装置于第一视角时撷取的影像所在的坐标系，即第一影像坐标系处于影像撷取装置于第一视角时撷取的影像所在的平面上；第二坐标转换关系为第二影像坐标系中的二维坐标与对应的于世界坐标系中的三维坐标之间的坐标转换关系，第二影像坐标系为影像撷取装置于第二视角时撷取的影像所在的坐标系，即第二影像坐标系处于影像撷取装置于第二视角时撷取的影像所在的平面上。前述的第一视角不同于第二视角。简言之，前述的坐标转换关系为某一视角下的影像坐标系中的二维坐标与对应的世界坐标系中的三维坐标之间的转换关系，该坐标转换关系可用于影像撷取装置在前述的某一视角下撷取影像时的坐标校正，以实现准确的坐标定位，而得到逼真的撷取影像。上述的第一坐标转换关系与第二坐标转换关系可按照现有技术中的校正方法得出，即于校正过程中，分别侦测某一视角下参考物于影像坐标系中的二维坐标与于世界坐标系中的三维坐标，然后计算得出两者间的坐标转换关系。实际操作中，第一坐标转换关系与第二坐标转换关系可在出厂前即存入影像撷取装置中。

为简化校正过程，本发明提供一种影像撷取装置的校正方法100，图2为本发明影像撷取装置的校正示意图。请一并参照图1、图2，影像撷取装置的校正方法100包括：

步骤S1：提供N个参考物，N个参考物不共面，在这里，前述的N个参考物不同于上述定义第一坐标转换关系与第二坐标转换关系时的参考物，所以于本步骤中，前述的N个参考物于世界坐标系中的三维坐标并不可知。

步骤S2：影像撷取装置分别于第一视角、第二视角及第三视角下撷取N个参考物的影像，并分别于对应的第一影像坐标系、第二影像坐标系及第三影像坐标系中计算得出N个参考物的第一二维坐标集合(X1i,Y1i)、第二二维坐标集合(X2i,Y2i)及第三二维坐标集合(X3i,Y3i),其中，第三视角不同于第一视角及第二视角，i为自然数且0<i<N+1，也就是说，前述的各个二维坐标集合中包含所有参考物的二维坐标，第三影像坐标系为影像撷取装置于第三视角下撷取的影像所在的坐标系。

步骤S3：依据第一二维坐标集合(X1i,Y1i)、第二二维坐标集合(X2i,Y2i)、第一坐标转换关系及第二坐标转换关系即可计算得出上述的N个参考物于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)。也就是说，影像撷取装置的校正方法100可通过简单的计算即可得出N个参考物于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)，而不需要另外去进行侦测，降低了于第三视角下影像撷取装置进行坐标校正的复杂程度。

步骤S4：依据三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)及第三二维坐标集合(X3i,Y3i)，计算得出第三坐标转换关系。第三坐标转换关系为第三影像坐标系中的二维坐标与于世界坐标系中相应的三维坐标之间的坐标转换关系，用于影像撷取装置于第三视角下的坐标校正。

如此，影像撷取装置的校正方法100仅需事先预存两组坐标转换关系即可将其用来辅助计算影像撷取装置于其他任意视角下的坐标转换关系，而不需要在每次校正前都要侦测多个参考物(与上次校正程序中不同的参考物)的三维坐标，因为不需要获取上述多个参考物的三维坐标，而多个参考物于影像坐标系中的二维坐标在获取上又较为简单，所以可大大加快校正程序的进行，以降低影像撷取装置获取坐标转换关系的复杂程度。

于本实施例中，第一坐标转换关系包括第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)及对应于第一二维坐标集合(X1i,Y1i)的第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)，通过第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)及相对应的第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)，第一二维坐标集合(X1i,Y1i)中的任一二维坐标均可转换为于世界坐标系中的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)中的对应的三维坐标，三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)与第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)之间的对应关系为(Xi,Yi,Zi)＝(X1,Y1,Z1)+δ1i*(U1i,V1i,W1i),δ1i为相对应的距离系数。

同理，第二坐标转换关系包括第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及对应于第二二维坐标集合(X2i,Y2i)的第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，通过第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，第二二维坐标集合(X2i,Y2i)中的任一二维坐标可转换为于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)对应的三维坐标，三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)与第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)之间的对应关系为(Xi,Yi,Zi)＝(X2,Y2,Z2)+δ2i*(U2i,V2i,W2i),δ2i相为对应的距离系数。

因为在影像撷取装置的校正方法100中，三个视角撷取影像时所选取的参照物相同，所以可得到下列等式：(Xi,Yi,Zi)＝(X1,Y1,Z1)+δ1i*(U1i,V1i,W1i)＝(X2,Y2,Z2)+δ2i*(U2i,V2i,W2i)，再根据已知的第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)、第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)、第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，即可计算得出三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)及距离参数δ1i、δ2i，而不需要侦测N个参考物于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)。再根据三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)、及第三二维坐标集合(X3i,Y3i)，于步骤S4中，即可计算得出第三坐标转换关系。前述的第三坐标转换关系包括第三光学中心坐标(X3,Y3,Z3)及对应于第三二维坐标集合(X3i,Y3i)的第三转换矢量查找表(U3i,V3i,W3i),三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)与第三转换矢量查找表(U3i,V3i,W3i)之间的对应关系为(Xi,Yi,Zi)＝(X3,Y3,Z3)+δ3i*(U3i,V3i,W3i),δ3i为对应的距离系数，根据前述的第三坐标转换关系，在后续的实际撷取过程中，即可实现第三影像坐标系中二维坐标与相应的世界坐标系的三维坐标之间的相互转换，从而可进行坐标校正得到正确的撷取影像。

于本实施例中，于步骤S4后，影像撷取装置还可进行第四视角下的坐标校正。影像撷取装置于第四视角下撷取N个参考物的影像，并于对应的第四影像坐标系中计算得出N个参考物的第四二维坐标集合(X4i,Y4i)，依据三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)及第四二维坐标集合(X4i,Y4i)，计算得出第四坐标转换关系，第四坐标转换关系为第四影像坐标系中的二维坐标与于世界坐标系中相应的三维坐标之间的坐标转换关系，第四影像坐标系为影像撷取装置于第四视角下撷取的影像所在的坐标系，第四视角不同于该第一视角、第二视角及第三视角。而在第四视角下的坐标校正过程中，N个参考物于第一影像至第四影像中可部分不可见，当然，前述的N个参考物于第一影像至第四影像中也可全部可见，只需满足能够计算得出二维坐标与三位坐标之间的转换关系即可。

综上所述，影像撷取装置的校正方法仅需事先预存两组坐标转换关系即可将其用来辅助计算影像撷取装置于其他任意视角下的坐标转换关系，而不需要在每次校正前都要侦测多个参考物(与上次校正程序中不同的参考物)的三维坐标，因为不需要获取上述多个参考物的三维坐标，而多个参考物于影像坐标系中的二维坐标在获取上又较为简单，所以可大大加快校正程序的进行，以降低影像撷取装置获取坐标转换关系的复杂程度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种影像撷取装置的校正方法，该影像撷取装置预存第一坐标转换关系与第二坐标转换关系，该第一坐标转换关系、该第二坐标转换关系分别为第一影像坐标系、第二影像坐标系中的二维坐标与世界坐标系中相应于该二维坐标的三维坐标之间的坐标转换关系，该第一影像坐标系为该影像撷取装置于第一视角时撷取的影像所在的坐标系，该第二影像坐标系为该影像撷取装置于第二视角时撷取的影像所在的坐标系，该第一视角不同于该第二视角，其特征在于，该影像撷取装置的校正方法包括：

步骤S1：提供N个参考物，该N个参考物不共面；

2.如权利要求1所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，该第一坐标转换关系包括第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)及对应于该第一二维坐标集合(X1i,Y1i)的第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)，通过该第一光学中心坐标(X1,Y1,Z1)及该第一转换矢量查找表(U1i,V1i,W1i)，该第一二维坐标集合(X1i,Y1i)转换为对应的于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)，其中，(Xi,Yi,Zi)＝(X1,Y1,Z1)+δ1i*(U1i,V1i,W1i),δ1i为对应的距离系数。

3.如权利要求2所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，该第二坐标转换关系包括第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及对应于该第二二维坐标集合(X2i,Y2i)的第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，通过该第二光学中心坐标(X2,Y2,Z2)及该第二转换矢量查找表(U2i,V2i,W2i)，该第二二维坐标集合(X2i,Y2i)转换为对应的于世界坐标系的三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)，其中，(Xi,Yi,Zi)＝(X2,Y2,Z2)+δ2i*(U2i,V2i,W2i),δ2i为对应的距离系数。

4.如权利要求3所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，于步骤S3中，依据(Xi,Yi,Zi)＝(X1,Y1,Z1)+δ1i*(U1i,V1i,W1i)＝(X2,Y2,Z2)+δ2i*(U2i,V2i,W2i)，计算得出(Xi,Yi,Zi)、δ1i及δ2i。

5.如权利要求4所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，于步骤S4中，该第三坐标转换关系包括第三光学中心坐标(X3,Y3,Z3)及对应于该第三二维坐标集合(X3i,Y3i)的第三转换矢量查找表(U3i,V3i,W3i),其中，(Xi,Yi,Zi)＝(X3,Y3,Z3)+δ3i*(U3i,V3i,W3i),δ3i为对应的距离系数。

6.如权利要求1所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，该影像撷取装置为带影像撷取功能的电子装置。

7.如权利要求6所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，该电子装置为相机。

8.如权利要求1所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，于该步骤S4后，该影像撷取装置于第四视角下撷取该N个参考物的影像，并于对应的第四影像坐标系中计算得出该N个参考物的第四二维坐标集合(X4i,Y4i)，依据该三维坐标集合(Xi,Yi,Zi)及该第四二维坐标集合(X4i,Y4i)，计算得出第四坐标转换关系，该第四坐标转换关系为第四影像坐标系中的二维坐标与于世界坐标系中相应的三维坐标之间的坐标转换关系，该第四影像坐标系为该影像撷取装置于该第四视角下撷取的影像所在的坐标系，其中，该第四视角不同于该第一视角、该第二视角及该第三视角。

9.如权利要求8所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，该N个参考物于该第一影像至该第四影像中部分不可见。

10.如权利要求8所述的影像撷取装置的校正方法，其特征在于，该N个参考物于该第一影像至该第四影像中全部可见。