CN109754433A - 一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；移动手持式三维扫描系统，当第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；在标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态；移动手持式三维扫描系统，当第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。本申请应用于手持式三维扫描系统标定图像采集，有效地实现了对标定图像进行方便、快捷、准确、清晰和稳定的采集，大大提高了手持式三维扫描系统标定图像采集的速度，缩短了手持式三维扫描系统的标定时间，简化了手持式三维扫描系统使用前的准备过程。

Description

一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，特别是涉及一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

长久以来，对真实物体几何尺寸的精确测量主要采用依赖于游标卡尺、千分尺、角度尺等测量工具的接触式人工测量方式，而这种测量方式无法测量形状不规则的物体表面，并且对于文物古迹等要求非接触的测量对象也存在技术瓶颈。随着计算机视觉技术的发展以及新技术新需求的驱动，三维扫描系统成为非接触式测量的重要手段，被广泛应用于工业设计领域的辅助制造与检验、医疗领域的手术定位与康复、游戏娱乐领域的实景建模与仿真以及考古领域的遗址保护与复原等。

三维扫描系统在进行数据采集与三维模型重构之前，需要对三维扫描系统中相机参数、两相机之间的坐标系变换关系、以及结构光平面等参数进行标定。为获取以上参数的高精度标定结果，目前主要使用的方法是：根据三维扫描系统获取某种高精度标定物的图像以及结构光图像，采用相应标定算法计算并进行优化得出所有参数。三维扫描系统标定需要获取的高精度标定物的多角度多距离图像，以便于计算和优化而提高精度，而角度和距离的选择将影响标定结果的稳定性，重复性以及精度等。

对于手持式三维扫描系统，通常使用高精度标定板作为标定物，标定板上具有高精度标定特征图案。而手持式三维扫描系统与标定板是两个独立个体，通过移动手持式三维扫描系统或标定板，实现二者相对角度和相对位置等姿态的改变，标定工作者根据经验目测二者相对位置和角度后保存多幅不同角度和位置的标定图像，如此获取的标定图像具有随机性、不确定性以及多次标定的不一致性，甚至有脱离手持式三维扫描系统的工作范围的可能性，影响标定结果的稳定性和精度，而如果每次调整相对位置和角度时都进行人工测量以保证相对位置和角度的范围，操作过程又过于复杂繁琐且费时费力。总的来说，传统获取标定图像的方法不够智能，人为因素影响过多。

因此，如何快速方便准确地采集标定图像，缩短标定时间，简化手持式三维扫描系统使用前的准备过程，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质，可以快速方便地采集到多姿态标定图像，高效完成手持式三维扫描系统的标定工作。其具体方案如下：

一种标定图像采集方法，包括：

实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；

移动所述手持式三维扫描系统，当所述第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；

在所述标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对所述结构光图像采集板的第二姿态；

移动所述手持式三维扫描系统，当所述第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，所述第一姿态包括所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置；

所述第二姿态包括所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，所述结构光图像采集板的面积小于所述标定板的面积。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，所述结构光图像采集板的中心与所述标定板的中心重合。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，以所述标定板构建标定板世界坐标系，所述标定板上带有特征图案作为标定点，所述标定点在所述标定板世界坐标系下的坐标为世界坐标。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，所述特征图案为等间距排列的带有圆环编码图案的特征圆点；所述特征圆点坐标对应唯一编码。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态，具体包括：

通过所述手持式三维扫描系统获取标定板图像并提取所述标定板上的标定点；

利用所述手持式三维扫描系统的初始参数，计算出提取到的所述标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标；

根据所述标定点在所述手持式三维扫描系统坐标系下的坐标和所述标定点在所述标定板世界坐标系下的坐标，获取所述手持式三维扫描系统坐标系和所述标定板世界坐标系之间的变换关系；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，具体包括：

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点到所述标定板平面的垂直距离，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点在所述标定板平面上的投影点相对于所述标定板中心的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对位置；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述标定板平面法线的空间夹角，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对角度；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述标定板平面的交点在所述标定板世界坐标系下的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的指向位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，移动所述手持式三维扫描系统，当所述第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像，具体包括：

将所述第一姿态进行图形化描述，并通过计算机显示器显示出来；

根据显示的以图形化描述的所述第一姿态，移动所述手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定第一姿态下所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围；

每达到一个所述设定第一姿态，保存一幅相机标定图像。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，实时获取手持式三维扫描系统相对所述结构光图像采集板的第二姿态，具体包括：

通过所述手持式三维扫描系统获取带有所述结构光图像采集板的标定板图像并提取未被所述结构光图像采集板遮挡的标定点；

利用所述手持式三维扫描系统的初始参数，计算出提取到的所述标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标；

根据所述标定点在所述手持式三维扫描系统坐标系下的坐标和所述标定点在所述标定板世界坐标系下的坐标，获取所述手持式三维扫描系统坐标系与所述标定板世界坐标系之间的变换关系；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，具体包括：

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点到所述结构光图像采集板平面的垂直距离，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点在所述结构光图像采集板平面上的投影点相对于所述结构光图像采集板中心的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对位置；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述结构光图像采集板平面法线的空间夹角，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对角度；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述结构光图像采集板平面的交点在所述标定板世界坐标系下的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的指向位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，移动所述手持式三维扫描系统，当所述第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像，具体包括：

将所述第二姿态进行图形化描述，并通过计算机显示器显示出来；

根据显示的以图形化描述的所述第二姿态，移动所述手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定第二姿态下所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围；

每达到一个所述设定第二姿态，保存一幅结构光标定图像。

本发明实施例还提供了一种标定图像采集装置，包括：

第一姿态获取模块，用于实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；

相机标定图像保存模块，用于移动所述手持式三维扫描系统，当所述第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；

第二姿态获取模块，用于在所述标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对所述结构光图像采集板的第二姿态；

结构光标定图像保存模块，用于移动所述手持式三维扫描系统，当所述第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。

本发明实施例还提供了一种标定图像采集设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本发明实施例提供的上述标定图像采集方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例提供的上述标定图像采集方法。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；移动手持式三维扫描系统，当第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；在标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态；移动手持式三维扫描系统，当第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。

本发明使用结构光图像采集板配合标定板应用于手持式三维扫描系统标定图像采集，有效地实现了对标定图像进行方便、快捷、准确、清晰和稳定的采集，大大提高了手持式三维扫描系统标定图像采集的速度，缩短了手持式三维扫描系统的标定时间，高效地完成标定工作，简化了手持式三维扫描系统使用前的准备过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的标定图像采集方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的标定板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的带有结构光图像采集板的标定板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的手持式三维扫描系统坐标系与标定板世界坐标系之间的关系示意图；

图5为本发明实施例提供的标定图像采集装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种标定图像采集方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101、实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；

在实际应用中，根据标定板上已知坐标的标定点，利用手持式三维扫描系统初始参数，实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；该第一姿态可以包括手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置；

S102、移动手持式三维扫描系统，当第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；

在实际应用中，移动手持式三维扫描系统，改变手持式三维扫描系统相对标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，当所述相对距离、相对位置、相对角度和指向位置达到设定的所需采集相机标定图像的阈值范围时，保存相机标定图像，设定多个相对距离、相对位置、相对角度和指向位置不同的阈值范围，以便获取足够进行精确相机参数标定的图像数量；

S103、在标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态；

在实际应用中，标定板置于水平面上，由于手持式三维扫描系统结构光通常为多条激光，为获取清晰的激光图像，避免标定板上特征图案的干扰，在标定板上放置一个结构光图像采集板，该结构光图像采集板用于获取手持式三维扫描系统中结构光的图像；获取到的第二姿态可以包括手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置；

S104、移动手持式三维扫描系统，当第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像；

在实际应用中，移动手持式三维扫描系统，改变手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，当相对距离、相对位置、相对角度和指向位置达到设定的所需采集结构光图像的阈值范围时，保存结构光图像，设定多个相对距离、相对位置、相对角度和指向位置不同的阈值范围，以便获取足够进行结构光标定的图像数量。

需要说明的是，该手持式三维扫描系统的标定图像采集方法，可以通过计算机实现，并通过显示屏给出提示，辅助引导操作人员完成相机标定图像和结构光标定图像的全部获取。

在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，通过上述步骤可以实现对标定图像进行方便、快捷、准确、清晰和稳定的采集，大大提高了手持式三维扫描系统标定图像采集的速度，缩短了手持式三维扫描系统的标定时间，高效地完成标定工作，简化了手持式三维扫描系统使用前的准备过程。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，标定板上带有坐标已知的特征图案作为标定点，以标定板构建标定板世界坐标系，标定点在标定板世界坐标系下的坐标为世界坐标，该坐标是已知的。如图2所示，特征图案可以为等间距排列的带有圆环编码图案的特征圆点；特征圆点坐标已知且对应唯一编码。可选地，特征图案还可以为相互距离不等的坐标已知的圆点，也可以为直径不等的坐标已知的圆点，在此不做赘述。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，为了采集到清晰完整的结构光标定图像而避免标定板上特征图案的干扰，结构光图像采集板的厚度可忽略不计，但是，如图3所示，结构光图像采集板的面积应小于标定板的面积，以至于标定板上部分标定点能够被手持式三维扫描系统提取到，也就是说标定板上结构光图像采集板周围的特征图案可以被手持式三维扫描系统识别到，可选的结构光图像采集板的形状可以是方形、圆形或其它。进一步地，结构光图像采集板的中心可以与标定板的中心重合；具体地，结构光图像采集板在设计加工中4个方向上有与标定板固定的4个固定部，可以确保在精度范围内结构光图像采集板中心与标定板中心重合。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，步骤S101实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态，具体可以包括：通过手持式三维扫描系统获取标定板图像，(利用特征图案的特征)提取标定板上的标定点；利用手持式三维扫描系统的初始参数，计算出提取到的标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标；根据标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标和标定点在标定板世界坐标系下的坐标，获取手持式三维扫描系统坐标系和标定板世界坐标系之间的变换关系；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

需要注意的是，在提取标定板上的标定点后，需确定每一个提取到的标定点对应的世界坐标，对于图3中的标定板，可以通过解码编码圆环而确定提取到的每一个标定点对应的世界坐标；可选地，其他标定板可以根据标定点相互距离不等、不同直径等特征提取到标定点以及对应的世界坐标。手持式三维扫描系统的初始参数可以为三维扫描系统的设计理论参数；可选地，初始参数也可以为上次手持式三维扫描系统标定参数。

以图4为例，O_w-X_wY_wZ_w表示标定板世界坐标系，O-XYZ表示手持式三维扫描系统坐标系，n表示标定板平面法线，O’表示手持式三维扫描系统坐标系的原点在标定板平面上的投影点，Z’表示手持式三维扫描系统坐标系Z轴与标定板平面的交点。

进一步地，在具体实施时，上述步骤中根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，具体可以包括：根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系原点O到标定板平面的垂直距离，定义为手持式三维扫描系统到标定板的相对距离；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系原点O在标定板平面上的投影点O’相对于标定板中心的位置坐标，定义为手持式三维扫描系统到标定板的相对位置；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系Z轴与标定板平面法线n的空间夹角，定义为手持式三维扫描系统到标定板的相对角度；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系Z轴与标定板平面的交点Z’在标定板世界坐标系下的位置坐标，定义为手持式三维扫描系统到标定板的指向位置。

也就是说，手持式三维扫描系统的坐标系原点到标定板平面的垂直距离，手持式三维扫描系统坐标系原点在标定板平面上的投影点相对于标定板中心的位置坐标，手持式三维扫描系统坐标系Z轴与标定板平面法线的空间夹角，手持式三维扫描系统坐标系Z轴与标定板平面的交点位置，分别为手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度与指向位置。需要说明的是，手持式三维扫描系统的坐标系原点为扫描系统中两个相机坐标系原点的连线中心点，手持式三维扫描系统坐标系Z轴为手持式三维扫描系统的工作指向方向。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，步骤S102移动手持式三维扫描系统，当第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像，具体可以包括：将第一姿态进行图形化描述，并通过计算机显示器显示出来；根据显示的以图形化描述的第一姿态，移动手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定第一姿态下手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围；每达到一个设定第一姿态，保存一幅相机标定图像。

在实际应用中，将手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置进行图形化描述，如此可以实时通过计算机显示器显示出手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态，从而实现辅助提示操作者功能。

根据手持式三维扫描系统的工作范围和视场大小以及基准距等参数，可以规划和设定多个最佳获取相机标定图像的手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态，以便获取足够进行精确参数标定的图像数量；该第一姿态完全可以通过手持式三维扫描系统到标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置而确定，在本实施例中，在最佳获取的所有设定第一姿态下对应的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置的设定值基础上都以一定的阈值范围的形式给出而不必是唯一值，便于移动手持式三维扫描系统时容易达到设定要求。

具体地，以设定手持式三维扫描系统相对标定板的10种第一姿态为例进行说明，分别为P₁～P₆姿态和P₇～P₁₀姿态。这10种姿态的指向位置都为标定板中心，即手持式三维扫描系统始终对准标定板，确保标定板不脱离视场；其中，手持式三维扫描系统的相对位置位于标定板中心，相对角度为0，根据手持式三维扫描系统的工作范围平均设定6个相对距离，以此分别对应P₁～P₆姿态；手持式三维扫描系统的相对距离为其基准距，相对角度设定为一个定值，相对位置设定4个不同的值，以此分别对应P₇～P₁₀姿态。当然根据需要也可以设定其它不同第一姿态。

最佳获取相机标定图像的相对位置、相对距离、相对角度和指向位置的设定值，可以通过计算机显示屏以图形的方式给出。根据计算机显示器显示的手持式三维扫描系统相对标定板的图形化姿态，提示操作者按顺序移动手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定值，即设定第一姿态下相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围，每到达一个设定姿态则保存一幅相机标定图像。依据计算机辅助引导提示，采集到全部设定第一姿态下的相机标定图像后，计算机辅助引导提示结束。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，步骤S103实时获取手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态，具体可以包括：通过手持式三维扫描系统获取带有结构光图像采集板的标定板图像，(利用特征图像的特征)提取未被结构光图像采集板遮挡的标定点；利用手持式三维扫描系统的初始参数，计算出提取到的标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标；根据标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标和标定点在标定板世界坐标系下的坐标，获取手持式三维扫描系统坐标系与标定板世界坐标系之间的变换关系；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

需要注意的是，提取未被结构光图像采集板遮挡的标定点，也就是提取结果光图像采集板周围的标定点，之后需确定每一个提取到的标定点对应的世界坐标，对于图3中的标定板，可以通过解码编码圆环而确定提取到的每一个标定点对应的世界坐标。

进一步地，在具体实施时，上述步骤中根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，具体可以包括：根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系原点到结构光图像采集板平面的垂直距离，定义为手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系原点在结构光图像采集板平面上的投影点相对于结构光图像采集板中心的位置坐标，定义为手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对位置；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系Z轴与结构光图像采集板平面法线的空间夹角，定义为手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对角度；根据获取的变换关系，计算出手持式三维扫描系统坐标系Z轴与结构光图像采集板平面的交点在标定板世界坐标系下的位置坐标，定义为手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的指向位置。

也就是说，手持式三维扫描系统的坐标系原点到结构光图像采集板平面的垂直距离，手持式三维扫描系统坐标系原点在结构光图像采集板平面上的投影点相对于结构光图像采集板中心的位置坐标，手持式三维扫描系统坐标系Z轴与结构光图像采集板平面法线的空间夹角，手持式三维扫描系统坐标系Z轴与结构光图像采集板平面的交点位置，分别为手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度与指向位置。需要说明的是，手持式三维扫描系统的坐标系原点为扫描系统中两个相机坐标系原点的连线中心点，手持式三维扫描系统坐标系Z轴为手持式三维扫描系统的工作指向方向。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述标定图像采集方法中，步骤S104移动手持式三维扫描系统，当第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像，具体可以包括：将第二姿态进行图形化描述，并通过计算机显示器显示出来；根据显示的以图形化描述的第二姿态，移动手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定第二姿态下手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围；每达到一个设定第二姿态，保存一幅结构光标定图像。

在实际应用中，将手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置进行图形化描述，如此可以实时通过计算机显示器显示出手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态，从而实现辅助提示操作者功能。

根据手持式三维扫描系统的工作范围，在基准距前后设定多个结构光标定图像采集相对距离，相对位置、相对角度和指向位置设定为固定值无变化，在本实施例中，在最佳获取的所有设定第二姿态下对应的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置的设定值基础上都以阈值范围的形式给出，便于移动手持式三维扫描系统时容易达到设定要求。

具体地，以设定手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的3种第二姿态为例进行说明，手持式三维扫描系统到结构光图像采集板的相对位置与指向位置都位于结构光图像采集板中心，相对角度为0，根据手持式三维扫描系统的工作范围和基准距设定3个不同的相对距离，作为结构光图像采集的3种第二姿态。当然根据需要也可以设定其它不同第二姿态。

最佳获取结构光标定图像的相对位置、相对距离、相对角度和指向位置的设定值，可以通过计算机显示屏以图形的方式给出。根据计算机显示器显示的手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的图形化姿态，移动手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定值，即设定第二姿态下相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围，每到达一个设定第二姿态则保存一幅结构光标定图像。依据计算机辅助引导提示，采集到全部设定第二姿态下的结构光标定图像后，计算机辅助引导提示结束。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种标定图像采集装置，由于该标定图像采集装置解决问题的原理与前述一种标定图像采集方法相似，因此该标定图像采集装置的实施可以参见标定图像采集方法的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的标定图像采集装置，如图5所示，具体包括：

第一姿态获取模块11，用于实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；

相机标定图像保存模块12，用于移动手持式三维扫描系统，当第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；

第二姿态获取模块13，用于在标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态；

结构光标定图像保存模块14，用于移动手持式三维扫描系统，当第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。

在本发明实施例提供的上述标定图像采集装置中，可以通过上述四个模块的相互作用，采用计算机辅助人机交互的方式，实时引导操作者调整手持式三维扫描系统姿态，以达到标定图像采集姿态的要求，自动保存标定图像，在标定过程中，有效地实现了对标定图像进行快速、准确的采集，提高了标定图像采集精度、速度和可靠性，缩短了手持式三维扫描系统的标定时间，高效地完成标定工作。

关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。

相应的，本发明实施例还公开了一种标定图像采集设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现前述实施例公开的标定图像采集方法。

关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

进一步的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现前述公开的标定图像采集方法。

关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备、存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本发明实施例提供的一种标定图像采集方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；移动手持式三维扫描系统，当第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；在标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对结构光图像采集板的第二姿态；移动手持式三维扫描系统，当第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。这样通过使用结构光图像采集板配合标定板应用于手持式三维扫描系统标定图像采集，有效地实现了对标定图像进行方便、快捷、准确、清晰和稳定的采集，大大提高了手持式三维扫描系统标定图像采集的速度，缩短了手持式三维扫描系统的标定时间，高效地完成标定工作，简化了手持式三维扫描系统使用前的准备过程。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的标定图像采集方法、装置、设备及存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (15)

1.一种标定图像采集方法，其特征在于，包括：

实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；

移动所述手持式三维扫描系统，当所述第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；

在所述标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对所述结构光图像采集板的第二姿态；

移动所述手持式三维扫描系统，当所述第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。

2.根据权利要求1所述的标定图像采集方法，其特征在于，所述第一姿态包括所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置；

所述第二姿态包括所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

3.根据权利要求2所述的标定图像采集方法，其特征在于，所述结构光图像采集板的面积小于所述标定板的面积。

4.根据权利要求3所述的标定图像采集方法，其特征在于，所述结构光图像采集板的中心与所述标定板的中心重合。

5.根据权利要求4所述的标定图像采集方法，其特征在于，以所述标定板构建标定板世界坐标系，所述标定板上带有特征图案作为标定点，所述标定点在所述标定板世界坐标系下的坐标为世界坐标。

6.根据权利要求5所述的标定图像采集方法，其特征在于，所述特征图案为等间距排列的带有圆环编码图案的特征圆点；所述特征圆点坐标对应唯一编码。

7.根据权利要求6所述的标定图像采集方法，其特征在于，实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态，具体包括：

通过所述手持式三维扫描系统获取标定板图像并提取所述标定板上的标定点；

利用所述手持式三维扫描系统的初始参数，计算出提取到的所述标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标；

根据所述标定点在所述手持式三维扫描系统坐标系下的坐标和所述标定点在所述标定板世界坐标系下的坐标，获取所述手持式三维扫描系统坐标系和所述标定板世界坐标系之间的变换关系；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

8.根据权利要求7所述的标定图像采集方法，其特征在于，根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，具体包括：

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点到所述标定板平面的垂直距离，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点在所述标定板平面上的投影点相对于所述标定板中心的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对位置；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述标定板平面法线的空间夹角，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对角度；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述标定板平面的交点在所述标定板世界坐标系下的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述标定板的指向位置。

9.根据权利要求8所述的标定图像采集方法，其特征在于，移动所述手持式三维扫描系统，当所述第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像，具体包括：

将所述第一姿态进行图形化描述，并通过计算机显示器显示出来；

根据显示的以图形化描述的所述第一姿态，移动所述手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定第一姿态下所述手持式三维扫描系统到所述标定板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围；

每达到一个所述设定第一姿态，保存一幅相机标定图像。

10.根据权利要求6所述的标定图像采集方法，其特征在于，实时获取手持式三维扫描系统相对所述结构光图像采集板的第二姿态，具体包括：

通过所述手持式三维扫描系统获取带有所述结构光图像采集板的标定板图像并提取未被所述结构光图像采集板遮挡的标定点；

利用所述手持式三维扫描系统的初始参数，计算出提取到的所述标定点在手持式三维扫描系统坐标系下的坐标；

根据所述标定点在所述手持式三维扫描系统坐标系下的坐标和所述标定点在所述标定板世界坐标系下的坐标，获取所述手持式三维扫描系统坐标系与所述标定板世界坐标系之间的变换关系；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置。

11.根据权利要求10所述的标定图像采集方法，其特征在于，根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置，具体包括：

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点到所述结构光图像采集板平面的垂直距离，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系原点在所述结构光图像采集板平面上的投影点相对于所述结构光图像采集板中心的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对位置；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述结构光图像采集板平面法线的空间夹角，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对角度；

根据获取的所述变换关系，计算出所述手持式三维扫描系统坐标系Z轴与所述结构光图像采集板平面的交点在所述标定板世界坐标系下的位置坐标，定义为所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的指向位置。

12.根据权利要求11所述的标定图像采集方法，其特征在于，移动所述手持式三维扫描系统，当所述第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像，具体包括：

将所述第二姿态进行图形化描述，并通过计算机显示器显示出来；

根据显示的以图形化描述的所述第二姿态，移动所述手持式三维扫描系统，使其依次到达所提示的设定第二姿态下所述手持式三维扫描系统到所述结构光图像采集板的相对距离、相对位置、相对角度和指向位置相应的阈值范围；

每达到一个所述设定第二姿态，保存一幅结构光标定图像。

13.一种标定图像采集装置，其特征在于，包括：

第一姿态获取模块，用于实时获取手持式三维扫描系统相对标定板的第一姿态；

相机标定图像保存模块，用于移动所述手持式三维扫描系统，当所述第一姿态达到第一预设阈值范围时保存相机标定图像；

第二姿态获取模块，用于在所述标定板上放置结构光图像采集板，实时获取手持式三维扫描系统相对所述结构光图像采集板的第二姿态；

结构光标定图像保存模块，用于移动所述手持式三维扫描系统，当所述第二姿态达到第二预设阈值范围时保存结构光标定图像。

14.一种标定图像采集设备，其特征在于，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如权利要求1至12任一项所述的标定图像采集方法。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至12任一项所述的标定图像采集方法。