CN107633537B - 一种基于投影的摄像头标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于投影的摄像头标定方法，包括如下步骤：首先处理器生成标定影像及投影仪姿态参数并传输给投影仪，通过投影仪在目标位置形成模拟实际标定物的标定影像；然后处理器获取待标定摄像头所采集的投影在目标位置的标定影像；最后处理器对待标定摄像头采集的影像进行算法处理，从而完成待标定摄像头的标定。本发明公开的基于投影的摄像头标定方法用于替代传统标定方法，更方便的完成摄像头标定。

Description

一种基于投影的摄像头标定方法

技术领域

本发明涉及视觉检测、影像拼接和三维建模技术领域，具体涉及一种基于投影的摄像头标定方法。

背景技术

环视影像系统可以实时精准的检测周边环境状态，这正是无人驾驶、自动驾驶需要的，而环视系统的精髓是影像的拼接，拼接的根本是标定。计算机视觉系统是计算机通过二维图像认知三维环境，从中获取需要的信息用于重建和认识物体，相机便是3D空间和2D图像之间的一种映射，这种映射是有相机几何模型即相机参数决定，求解相机参数的过程就是相机标定。

目前标定都基于模板实现，目前可用的模板有两种，一种是画布类模板，此类模板要求材料具有哑光耐磨不褪色性能，模板各个子模板各自独立，可自由组合适应不同姿态多个被标定目标，可携带适应不同场地的标定。另一种是地板喷绘模板，此类模板通过喷绘技术在固定标定场地把模板喷绘在地面等特定场所。画布类模板存着制作成本高、子模板不可修改、模板铺设费时、模板转移过程中容易损坏等缺点，地板喷绘模板存着对喷绘材料性能要求高、一旦模板形成整模板大小不可修改、不可携带、复用性差等缺点。

发明内容

本发明提供一种通过投影技术替代模板的方法，解决画布类模板和地板喷绘模板的缺点，实现摄像头标定。

为实现上述目的，本发明提供一种基于投影的摄像头标定方法，包括如下步骤：

S1、处理器生成标定影像及投影仪姿态参数并传输给投影仪，通过投影仪在目标位置形成模拟实际标定物的标定影像；

S2、处理器获取待标定摄像头所采集的投影在目标位置的标定影像；

S3、处理器对待标定摄像头采集的影像进行算法处理，从而完成待标定摄像头的标定。

进一步地，所述待标定摄像头为多个，所述的标定影像为标定图像。

进一步地，步骤S1具体步骤为：

S111、处理器处理多个标定方案，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一标定方案生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪；

S112、投影仪依次投影不同标定方案的标定图像到目标位置。

进一步地，S311、处理器对采集到的图像依次进行特征角点检测。

S312、处理器对检测到特征角点进行筛选及精确定位，从而完成各个摄像头标定流程。

进一步地，步骤S1包括如下具体步骤：

S121、处理器分析一个标定方案，提取标定方案利用的标定图像特征，并根据提取到的标定图像特征将标定方案拆分为多类；

S122、处理器针对每一类标定图像特征生成对应标定图像并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一类标定图像特征生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪；

S123、投影仪依次将每一类标定图像投影到目标位置。

进一步地，所述待标定摄像头为一个，所述的标定影像包括标定视频或标定图像。

进一步地，步骤S1具体方法包括如下步骤：

S121、处理器处理多个标定方案，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像或标定视频并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一标定方案生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪；

S122、投影仪依次投影不同标定方案的标定图像或标定视频到目标位置。

进一步地，步骤C的具体步骤如下：

S321、利用已标定的摄像头与待标定摄像头同步采集投影仪投影到目标位置的标定图像或标定视频，并运算出三维图像或视频；

S322、处理器利用已经标定的摄像头运算出的三维图像或视频及待标定摄像头采集的标定图像或标定视频运算出二维影像到三维影像的映射，从而完成单摄像头标定。

进一步地，所述的已标定的摄像头安装在投影仪中。

进一步地，所述投影仪调整参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角的调整。

本发明实现的有益效果主要有以下几点：本发明不需要实体材料，大大降低了成本；本发明相对于画布类模板，制作成本低、可随时根据需要生成新的投影、快速扫描、可以重复利用也不会损坏；本发明相对于地板喷绘模板，无材料性能方面的要求，可根据需要随时生成投影，反复利用不受影响；本发明给出了基于投影的多摄像头标定方法用于增加标定图像特征的具体方法和基于投影的摄像头标定方法用于分解标定图像特征的具体方法，解决了标定图像特征不足无法完整识别和特征繁多不利于识别的问题，使得用投影的方法标定替代传统模板标定更具实用性；本发明还给出了基于投影的单摄像头标定方法用于替代传统模板和优化传统标定方法的具体方法，解决了单镜头标定的问题；投影仪自带已标定摄像头辅助待标定单摄像头的标定，使得标定不再需要单独的已标定好的摄像头辅助，简化了标定流程。

附图说明

图1为基于投影的摄像头标定方法的流程图；

图2为本发明投影仪将标定图像投影到地面的示意图；

图3为本发明投影仪分解标定图像分别投影到地面的示意图（左、右分别为从一个标定图像分解成两个不同的标定图像投影）；

图4为本发明投影仪增加标定图像分别投影到地面的示意图（左、右分别为不同特征角点的标定图像的投影）。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

本发明包括单摄像头标定和多摄像头标定，多摄像头标定基于投影仪、处理器实现，处理器可以是独立的计算机，也可以是摄像头自带的处理器，本发明采用独立的处理器，处理器分别与投影仪通讯连接；单摄像头标定还需要一个已完成标定的摄像头辅助，该已完成标定的摄像头也与处理器通讯连接。单摄像头和多摄像头的标定过程如下：

S1、处理器生成标定影像及投影仪姿态参数并传输给投影仪，通过投影仪在目标位置形成模拟实际标定物的标定影像；标定影像包括图像或视频，目标位置包括地面、墙面等场地，投影仪姿态参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角。

S2、处理器获取待标定摄像头所采集的投影在目标位置的标定影像；投影仪将标定图片或标定视频投影到地面或墙面等场地，待标定摄像头拍摄投影仪投影到地面或墙面的标定图片或标定视频。

S3、处理器对待标定摄像头采集的影像进行算法处理，从而完成待标定摄像头的标定；处理器通过识别获取的标定图片或标定视频的特征角点，也可通过第三方已标定的摄像头协助完成标定。

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例一

请参阅图1和图2，利用投影替代传统的画布类模板或地板喷绘模板实现多摄像头标定，包括如下具体步骤：

S1、处理器将图像颜色、图像位置、图像结构、图像方向等图像信息，通过相应的算法生成标定图像并传输给投影仪，同时处理器生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪，也可根据实际情况手动调整投影仪的姿态参数，投影仪的姿态参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角。

S2、投影仪把标定图像投影到目标位置，目标位置包括地面、墙面等具体的场地。

S3、待标定摄像头对投影在目标位置的标定图像进行图像采集，并传输给处理器。

S4、处理器对采集的图像进行特征角点检测，实现各个待标定摄像头的标定，从而实现后续图像拼接或三维重建。

实施例二

请参阅图1和图4，根据后续采集图像标定的需要，增加标定图像特征完成多摄像头的标定步骤S2与实施例一的步骤S2相同，步骤S1、步骤S3和步骤S4如下：

相比实施例一步骤S1变为：

S111、处理器处理多个标定方案，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一标定方案生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪，也可根据实际情况手动调整投影仪的姿态参数；投影仪的姿态参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角。

相比实施例一步骤S3变为：

S311、各待标定摄像头对投影在目标位置的各个标定方案的标定图像进行图像采集，并传输给处理器。

相比实施例一步骤S4变为：

S411、处理器对采集到的各个图像依次进行特征角点检测；

S412、处理器对检测到的各个特征角点进行筛选及精确定位，从而完成各个待标定摄像头标定流程；

实施例三

请参阅图1和图3，根据后续采集图像标定的需要，将标定图像分成多个标定图像特征从而完成多摄像头标定的步骤S2与实施例一的步骤S2相同，步骤S1、步骤S3和步骤S4如下：

步骤S1相比实施例一变为：

S121、处理器分析一个标定方案，提取标定方案利用的标定图像特征，并根据提取到的标定图像特征将标定方案拆分为多类；

S122、处理器针对每一类标定图像特征生成对应标定图像并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一类标定图像特征生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪，也可根据实际情况手动调整投影仪的姿态参数；投影仪的姿态参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角。

相比实施例一步骤S3变为：

S321、各待标定摄像头对投影在目标位置的各个标定方案的标定图像进行图像采集，并传输给处理器。

相比实施例一步骤S4变为：

S421、处理器对采集到的各个图像依次进行特征角点检测。

S422、处理器对检测到的各个特征角点进行筛选及精确定位，从而完成各个待标定摄像头标定流程。

实施例四

请参阅图1和图2，利用投影技术替代传统模板完成单摄像头的标定，包括如下具体步骤：

S1、处理器将图像颜色、图像位置、图像结构、图像方向等图像信息，并生成标定图像并传输给投影仪，同时处理器生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪，也可根据实际情况手动调整投影仪的姿态参数，投影仪的姿态参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角。

S2、投影仪把标定图像或标定视频投影到目标位置，目标位置包括地面、墙面等具体的场地。

S3、待标定摄像头对投影在目标位置的标定图像或标定视频进行采集，并传输给处理器；

S4、利用已标定的摄像头与待标定摄像头同步采集投影仪投影到目标位置的标定图像或标定视频，并运算出三维图像或视频；

S5、处理器利用已经标定的摄像头运算出的三维图像或视频及待标定摄像头采集的二维标定图像或标定视频运算出二维影像到三维影像的映射，从而完成单摄像头标定。

实施例五

请参阅图1和图4，利用投影技术优化传统模板完成单摄像头的标定，标定流程包括如下具体步骤：

S1、处理器处理多个标定方案，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像或标定视频并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一标定方案生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪，也可根据实际情况手动调整投影仪的姿态参数；投影仪的姿态参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角。

S2、投影仪把各标定方案的标定图像或标定视频依次投影到待标定摄像头的目标位置，目标位置包括地面、墙面等具体的场地。

S3、待标定摄像头对各个投影在目标位置的标定图像或标定视频进行采集，并传输给处理器；

S45、利用已标定的摄像头与待标定摄像头同步采集投影仪投影到目标位置的标定图像或标定视频，并运算出三维图像或视频；

S55、处理器利用已经标定的摄像头运算出的三维图像或视频及待标定摄像头采集的对应标定图像或标定视频运算出二维影像到三维影像的映射，从而完成单摄像头标定。

实施例六

实施例六与实施例五的区别在于投影仪上带有已标定的摄像头，从而不需要其他已标定好的摄像头辅助即可完成待标定摄像头的标定，其他的均匀实施例五相同。

以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于投影的摄像头标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、处理器生成标定影像及投影仪姿态参数并传输给投影仪，通过投影仪在目标位置形成模拟实际标定物的标定影像；

S2、处理器获取待标定摄像头所采集的投影在目标位置的标定影像；

S3、处理器对待标定摄像头采集的影像进行算法处理，从而完成待标定摄像头的标定；

其中，步骤S1中处理器可以处理单个或多个标定方案，处理器处理多个标定方案时，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像并依次传输给投影仪；处理器处理单个标定方案时，处理器分析标定方案，提取标定方案利用的标定图像特征，并根据提取到的标定图像特征将标定方案拆分为多类；

所述待标定摄像头为一个，所述的标定影像包括标定视频或标定图像；

处理器处理多个标定方案时，步骤S1具体方法包括如下步骤：

S121、处理器处理多个标定方案，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像或标定视频并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一标定方案生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪；

S122、投影仪依次投影不同标定方案的标定图像或标定视频到目标位置；

处理器处理单个标定方案时，步骤S1具体方法包括如下步骤：

S121、处理器分析一个标定方案，提取标定方案利用的标定图像特征，并根据提取到的标定图像特征将标定方案拆分为多类；

S122、处理器针对每一类标定图像特征生成对应标定图像并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一类标定图像特征生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪；

S123、投影仪依次将每一类标定图像投影到目标位置；

步骤S3的具体步骤如下：

S321、利用已标定的摄像头与待标定摄像头同步采集投影仪投影到目标位置的标定图像或标定视频，并运算出三维图像或视频；

S322、处理器利用已经标定的摄像头运算出的三维图像或视频及待标定摄像头采集的标定图像或标定视频运算出二维影像到三维影像的映射，从而完成单摄像头标定。

2.根据权利要求1所述的基于投影的摄像头标定方法，其特征在于：所述待标定摄像头为多个，所述的标定影像为标定图像。

3.根据权利要求2所述的基于投影的摄像头标定方法，其特征在于，步骤S1具体步骤为：

S111、处理器处理多个标定方案，针对每一个标定方案的特征生成对应的标定图像并依次传输给投影仪，同时处理器针对每一标定方案生成投影仪姿态参数并同步发送给投影仪；

S112、投影仪依次投影不同标定方案的标定图像到目标位置。

4.根据权利要求3所述的基于投影的摄像头标定方法，其特征在于，步骤S3具体步骤为：

S311、处理器对采集到的图像依次进行特征角点检测；

S312、处理器对检测到特征角点进行筛选及精确定位，从而完成各个摄像头的标定流程。

5.根据权利要求1所述的基于投影的摄像头标定方法，其特征在于：所述的已标定的摄像头安装在投影仪中。

6.根据权利要求1～5任一项所述的基于投影的摄像头标定方法，其特征在于：所述投影仪调整参数包括分辨率、焦距、高度和/或摆角的调整。

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