CN111899307B - 一种空间标定方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于流体力学技术领域，提供了一种空间标定方法、装置、电子设备及存储介质，空间标定方法包括：获取至少两张设定图像；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与设定空间的第一待标定截面重合；确定至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立；基于至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；标定结果包括至少两个第二映射关系；第二映射关系表征像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。
Description
技术领域
本发明涉及流体力学技术领域，尤其涉及一种空间标定方法、电子设备及存储介质。
背景技术
层析粒子图像测速(TPIV，Tomographic Particle Image Velocimetry)的基本流程包括投放示踪粒子、照亮待测流场空间、拍摄粒子图像、标定、层析三维粒子重构、体互相关分析和计算速度场。其中，在层析三维粒子重构之前，需要进行标定，标定粒子在像素坐标系和世界坐标系之间的坐标映射关系，标定的精度决定了粒子重构的精度。目前，相关技术基于三阶多项式拟合模型的分段标定方法来标定出像素坐标系和待测流场的空间坐标系之间的映射关系，然而这种方法操作繁琐，需要多次等间距移动标定板，而且对位移机构精度要求较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种空间标定方法、电子设备及存储介质，以至少解决相关技术需要高精度的位移机构移动标定板的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种空间标定方法，该方法包括：
获取至少两张设定图像；所述至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述至少两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不平行；其中，所述标定板上存在多个标定点；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与所述设定空间的第一待标定截面重合；所述设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面；
确定所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；所述第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立；
基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。
上述方案中，所述基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果时，所述方法包括：
从所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系中，确定出第三映射关系；所述第三映射关系中对应的第一世界坐标系基于与所述第一待标定截面重合的标定板所在平面建立；
基于所述第三映射关系确定第四映射关系；所述第四映射关系表征为所述至少两个第二映射关系中的一个第二映射关系；所述第四映射关系对应的第二世界坐标系基于所述第一待标定截面所在平面建立；
基于所述第四映射关系确定所述至少两个第二映射关系。
上述方案中，所述第二映射关系通过小孔成像模型表征，所述方法还包括：
将所述第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
上述方案中，所述基于所述至少两张设定图像，确定至少两个第一映射关系，包括：
确定所述至少两张设定图像中每张设定图像上标定点的像素坐标；
基于确定出的像素坐标和张正友标定算法，确定第一映射关系。
上述方案中，所述确定每张设定图像中所述标定板的标定点的像素坐标时，所述方法还包括：
对每张设定图像上所述标定板的标定点的像素坐标进行排序。
上述方案中，所述至少两张设定图像中的每张设定图像在被拍摄时，所述标定板与所述第一待标定截面之间的夹角处于第一设定角度范围内。
上述方案中，所述相机的成像平面与所述第一待标定截面之间的夹角处于第二设定角度范围内。
第二方面，本发明实施例提供了一种空间标定装置，该装置包括：
获取模块，用于获取至少两张设定图像；所述至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述至少两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不平行；其中，所述标定板上存在多个标定点；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与所述设定空间的第一待标定截面重合；所述设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面；
第一确定模块，用于确定所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；所述第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立；
第二确定模块，用于基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行本发明实施例第一方面提供的空间标定方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序。所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的空间标定方法的步骤。
本发明实施例首先获取至少两张设定图像，至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，每张设定图像之间标定板的位姿不平行。其中，至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与设定空间的第一待标定截面重合，设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面。然后确定至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时所在平面建立。最后基于至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果，标定结果包括至少两个第二映射关系，第二映射关系表征像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系，第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。本发明实施例在拍摄设定图像时，可以任意移动标定板的位姿，不需要通过高精度的位移机构来多次等间距地沿移动标定板，使得标定过程更加灵活，可以简化标定所需的器材，降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种空间标定方法的实现流程示意图；
图2是本发明应用实施例提供的一种标定板的示意图；
图3是本发明应用实施例提供的一种标定框架的示意图；
图4是本发明应用实施例提供的一种标定板移动范围的示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种空间标定方法的实现流程示意图；
图6是本发明应用实施例提供的一种MSER算法识别标定点的效果示意图；
图7是本发明应用实施例提供的一种坐标系转换关系的示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种空间标定方法的实现流程示意图
图9是本发明应用实施例提供的一种第二映射关系的推导示意图；
图10是本发明应用实施例提供的一种空间标定流程的示意图；
图11是本发明应用实施例提供的一种与传统方法得到的像素坐标对比的示意图；
图12是本发明实施例提供的一种空间标定装置的示意图；
图13是本发明一实施例提供的电子设备的示意图。
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。
目前在层析粒子图像测速试实验中，采用是的基于三阶多项式拟合模型的分段标定方法，即每次等间距地移动标定板并拍摄图像，用三阶多项式拟合标定板上的标定点在图像中的像素坐标和在物理空间中的世界坐标，标定出像素坐标系与待测流场空间中基于各个截面建立的世界坐标系之间的映射关系，未标定的区域由相邻标定过的截面线性插值得到，最终标定整个待测流场空间。这种标定方法需多次移动标定板，操作比较繁琐。而且每次需要等间距地移动标定板，对位移机构精度要求较高，增加了实验成本。
针对上述相关技术的缺点，本发明实施例提供了一种空间标定方法，无需通过高精度的位移机构来多次等间距地沿移动标定板，简化实验步骤，降低实验成本。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1是本发明实施例提供的一种空间标定方法的实现流程示意图，该方法执行主体可以为笔记本电脑、服务器等电子设备，如图1所示，空间标定方法包括：
S101，获取至少两张设定图像；所述至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述至少两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不平行；其中，所述标定板上存在多个标定点；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与所述设定空间的第一待标定截面重合；所述设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面。
这里，设定空间是一个三维立体空间，设定空间是需要进行标定的空间，例如，在层析粒子图像测速试实验中，设定空间就是待测流场空间。设定空间中包括至少两个互相平行的待标定截面。在实际应用中，设定空间通常设置为长方体，为了方便用户对设定空间进行标定，可以用一束有色激光拓展成有一定厚度的体光来显示设定空间。
在本发明实施例中，标定工具为标定板，标定板上有着以棋盘格形式分布的圆形标定点。例如，图2是本发明应用实施例提供的一种标定板的示意图，如图2所示，标定板上有19×19个圆形标定点，相邻两个圆形标定点之间的间隔为5mm。
在本发明实施例中，相机固定在一个位置上保持位姿不变，在设定空间中改变标定板的位姿，控制相机对设定空间中的标定板进行拍照，得到至少两张设定图像。其中，每张设定图像中标定板的位姿都不平行，至少有一张设定图像中标定板所在平面与设定空间的第一待标定截面重合，其中，第一待标定截面可以是设定空间中至少两个互相平行的待标定截面中的任意一个。
这里，设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面，例如，假设设定空间是长方体，将长方体的某个面沿着垂直于该面的方向等间距的进行平移，就可以得到多个待标定截面，第一待标定截面可以是其中任意一个待标定截面。将相机的镜头朝向待标定截面放置，相机放置的位姿能清楚拍摄到标定板上的标定点即可。
进一步的，在一实施例中，所述至少两张设定图像中的每张设定图像在被拍摄时，所述标定板与所述第一待标定截面之间的夹角处于第一设定角度范围内。
例如，第一设定角度范围可以为0至30度。因为标定板与第一待标定截面之间的夹角过大，会导致相机无法清楚拍摄到标定板上的标定点，将标定板与待标定截面之间的夹角限制在第一设定角度范围内，可以避免标定板移动到相机无法拍摄到标定点的位置，使相机可以清楚拍摄到标定板上的标定点。
进一步的，在一实施例中，所述相机的成像平面与所述第一待标定截面之间的夹角处于第二设定角度范围内。
例如，第二设定角度范围可以为0至45度，0度时相机的成像平面与所述第一待标定截面平行。
在实际应用中，相机在拍摄标定板时，可以将相机的光圈调到最小，保证景深足够大；并且可以使用发光二极管(LED，Light Emitting Diode)灯进行补光；在拍摄时还需要避免标定板表面反光过强使照片过曝光；还可以调节相机的焦距使得照片中标定板上的标定点成像清晰。
参考图3，图3是本发明应用实施例提供的一种标定框架的示意图，标定框架包括相机、LED灯和标定板，标定板放置在设定空间中，标定板上有着以棋盘格形式分布的圆形标定点。
在本发明应用实施例中，相机的镜头正对设定空间中的第一待标定截面，相机保持位姿不变，在设定空间中移动标定板的位姿，标定板与所述第一待标定截面之间的夹角处于30度以内，控制相机对设定空间中的标定板进行拍照，得到至少两张设定图像。其中，至少一张图像中标定板的位姿与第一待标定截面重合。在相机拍摄照片时，使用LED灯进行补光，并且需要调整LED灯的照射角度，避免标定板表面反光过强使照片过曝光。
参考图4，图4是本发明应用实施例提供的一种标定板移动范围的示意图。在设定空间中引入一个x’y’z’直角坐标系，z’轴方向垂直于待标定截面，x’z’平面与标定板底部光学平台重合，y’轴垂直于光学平台向下。标定板垂直于x’z’平面放置，相机镜头正对标定板放置，即相机成像平面垂直于z’轴。旋转标定板，使得不同位置处标定板平面与x’轴的夹角α在(0度-30度)之间变化，即不同位置标定板之间的夹角在(0度-60度)之间变化。此时相机成像平面的法向量与标定板平面的法向量之间的夹角β在(0度-30度)之间变化。其中，在移动标定板时，标定板平面至少需要平行于x’y’平面一次。此外，相机在拍摄过程中相机的位置、参数不可改变。
S102，确定所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；所述第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立。
参考图5，在一实施例中，所述基于所述至少两张设定图像，确定至少两个第一映射关系，包括：
S501，确定所述至少两张设定图像中每张设定图像上标定点的像素坐标。
这里，在相机的成像平面上建立像素坐标系，对于每张设定图像，获取设定图像上标定板的标定点在像素坐标系中的像素坐标。
在实际应用中，标定板上的标定点通常为圆形标定点，可以采用最大极值稳定区域(MSER，Maximally Stable Extremal Regions)算法识别设定图像中的圆形标定点区域，将圆形标定点区域的形心的像素坐标作为标定点的像素坐标。图6是本发明应用实施例提供的一种MSER算法识别标定点的效果示意图，图6右图是左图中选定的4个圆形标定点的放大图，右图中的“+”是圆形标定点的形心，可以看出，MSER算法可以准确识别到标定板上标定点的形心，将形心的像素坐标作为标定点的像素坐标，可以使得确定的坐标预设关系更加准确。此外，为了增大标定点的识别速度和精度，还可以对设定图像进行去掉背景、增加对比度等处理。
进一步的，所述确定每张设定图像中所述标定板的标定点的像素坐标时，所述方法还包括：
对每张设定图像上所述标定板的标定点的像素坐标进行排序。
标定点在标定板上是按照点阵形式进行排列的，在识别出设定图像上标定点的像素坐标后，因为识别出的标定点是无序的，只知道每个标定点的像素坐标，而不知道对应的标定点在标定板的点阵中处于第几行第几列，为了让标定点的像素坐标与已知的有序的世界坐标一一对应，需要对设定图像上标定点的像素坐标进行排序，将设定图像上标定点排序成与标定板上标定点对应的点阵形式。
目前，对标定点进行排序的方法有凸包法、直线拟合排序法、网格法和能量法等，其中，能量法可以实现自动排序，因此，可以采用能量法对标定点进行排序。
S502，基于确定出的像素坐标和张正友标定算法，确定第一映射关系。
这里，第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系，像素坐标系基于所述相机的成像平面建立，第一世界坐标系基于对应的设定图像被拍摄时标定板所在平面建立。
在本发明实施例中，世界坐标系固定在标定板上，例如可以以标定板某个标定点为原点建立世界坐标系，由于标定板上每一个标定点之间的间隔都是已知的，因此每一个标定点在世界坐标系下的世界坐标也是已知的。
得到标定点的世界坐标和像素坐标后，将标定点的像素坐标和世界坐标作为输入，利用张正友标定算法进行相机标定，获得相机的内参矩阵、畸变参数和各个第一世界坐标系对应的外参矩阵。在得到这些系数后，第一映射关系就确定好了。由于世界坐标系基于标定板所在平面建立，每张设定图像中标定板的位姿都不同，每一个位姿的标定板对应一个第一映射关系。
在实际应用中，张正友标定算法得到的第一映射关系为：
sm＝A[R，t]M
其中，m＝[u v]T是标定点在像素坐标系的像素坐标，M＝[X Y Z]T是标定点在世界坐标系中的世界坐标；s是尺度参数，物理意义是标定点在相机坐标系中的坐标ZC；A为相机内参矩阵，R，t分别为旋转矩阵和位移向量。
图7是本发明应用实施例提供的一种坐标系转换关系的示意图，如图7所示，标定点在相机坐标系、世界坐标系和像素坐标系中的坐标可以相互转换，其中，相机坐标系是以相机镜头的中心为原点，以相机光轴为ZC轴建立的三维直角坐标系。相机坐标系和世界坐标系的坐标可以相互进行转换，已知标定点在相机坐标系或世界坐标系中的坐标位置，可以得知标定点在像素坐标系中的坐标位置。
S103，基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。
在上述方案中，张正友标定算法得到的像素坐标系和基于标定板所在平面建立的世界坐标系之间的坐标映射关系，而本发明实施例需要得到的是像素坐标系和基于待标定截面所在平面建立的世界坐标系之间的坐标映射关系，因此，需要基于第一映射关系去确定第二映射关系。
参考图8，在一实施例中，所述基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果时，所述方法包括：
S801，从所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系中，确定出第三映射关系；所述第三映射关系中对应的第一世界坐标系基于与所述第一待标定截面重合的标定板所在平面建立。
由于有至少一张设定图像中标定板所在平面与设定空间的第一待标定截面重合，基于该标定板所在平面建立的世界坐标系和像素坐标系之间的坐标映射关系等于基于第一待标定界面所在平面建立的世界坐标系和像素坐标系之间的坐标映射关系，即第三映射关系等于第四映射关系。
从至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系中，确定出第三映射关系。
S802，基于所述第三映射关系确定第四映射关系；所述第四映射关系表征为所述至少两个第二映射关系中的一个第二映射关系；所述第四映射关系对应的第二世界坐标系基于所述第一待标定截面所在平面建立。
这里，第三映射关系等于第四映射关系。
S803，基于所述第四映射关系确定所述至少两个第二映射关系。
这里，设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面，第一待标定截面与其他待标定截面互相平行，由第四映射关系可以推论出其他待标定截面对应的第二映射关系。
图9是本发明应用实施例提供的一种第二映射关系的推导示意图，本发明应用实施例应用于层析PIV实验中，设定空间为层析PIV测量区域，即待测流场空间。如图9所示，设定空间为长方体，z方向上长方体具有多个待标定截面，第一待标定截面为图9中的z＝0截面，假设第四映射关系为：
sm＝A[R1 t1lM
其中，R1，t1为z＝0截面对应的旋转矩阵和位移向量，z＝d截面与z＝0截面平行且间距为d，这两个截面对应的旋转矩阵相同，位移向量差一个分量td＝[0 0 d]T，即：
R2＝R1
t2＝t1+R1td
其中，R2为z＝d截面的旋转矩阵，t2为z＝d截面的位移向量。得到了z＝d截面的R2，t2，即得到了像素坐标系与z＝d截面对应的世界坐标系之间的映射关系。按照上述步骤以此类推，可由z＝0截面推导出像素坐标系与任意z向位置截面对应的世界坐标系之间的映射关系。
由此，可以得到像素坐标系与基于各个待标定截面建立的世界坐标系之间的坐标映射关系，即得到至少两个第二映射关系。
进一步的，在上述实施例中，所述第二映射关系通过小孔成像模型表征，所述方法还包括：
将所述第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
因为第二映射关系是通过张正友标定算法得到的，张正友标定算法得到的映射关系是通过小孔成像模型表征的，而层析PIV等实验需要的是三阶多项式拟合模型表征的映射关系。因此，需要将第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
以上述实施例中z＝0截面对应的第二映射关系为例，在z＝0截面上选择一些世界坐标，将世界坐标带入公式sm＝A[R1 t1]M中，求得对应的像素坐标。然后拟合三阶多项式，三阶多项式为：
u＝a0+a1X+a2Y+a3X2+a4XY+a5Y2+a6X3+a7X2Y+a8XY2+a9Y3
v＝b0+b1X+b2Y+b3X2+b4XY+b5Y2+b6X3+b7X2Y+b8XY2+b9Y3
其中，a和b是三阶多项式的系数，通过多个世界坐标和像素坐标，可以求得三阶多项式中的系数a0至a9以及b0至b9，由此得到z＝0截面对应的三阶多项式拟合模型表征的第二映射关系。对z＝d，z＝d，z＝nd截面都采用上述方法，则可将所有第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
本发明实施例首先获取至少两张设定图像，至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，每张设定图像之间标定板的位姿不平行。其中，至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与设定空间的第一待标定截面重合，设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面。然后确定至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时所在平面建立。最后基于至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果，标定结果包括至少两个第二映射关系，第二映射关系表征像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系，第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。本发明实施例在拍摄设定图像时，可以任意移动标定板的位姿，不需要通过高精度的位移机构来多次等间距地沿移动标定板，使得标定过程更加灵活，可以简化标定所需的器材，降低成本。
参考图10，图10是本发明应用实施例提供的一种空间标定流程的示意图，空间标定流程包括：
S1001，相机拍摄标定板，得到至少两个设定图像。
至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不同；其中，标定板上存在至少一个标定点；至少一张设定图像中标定板所在平面与设定空间的第一待标定截面重合；设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面。
S1002，识别设定图像中标定板的像素坐标，并对像素坐标进行排序。
可以采用最大极值稳定区域算法识别设定图像中的标定点的像素坐标。
S1003，基于张正友标定算法确定至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系。
第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像被拍摄时标定板所在平面建立。
S1004，基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果。
所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于待标定截面所在平面建立。
S1005，将所述第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
本发明应用实施例在拍摄设定图像时，可以任意移动标定板的位姿，不需要通过高精度的位移机构来多次等间距地沿移动标定板，标定过程更加灵活，可以简化标定所需的器材，降低成本。
图11是本发明应用实施例提供的一种与传统方法确定的像素坐标对比的示意图，在实际应用中，得到第二映射关系后，可以取一个标定点的世界坐标，通过第二映射关系得到该标定点的像素坐标，将该像素坐标与通过相关技术中传统层析PIV技术识别出的像素坐标进行对比。在图11右图中分别有两个标定点+和o，+是本发明应用实施例获取到的像素坐标，o是传统层析PIV技术识别出的像素坐标。从图11可以看出，两个标定点十分接近，说明了本发明应用实施例方法正确，且精度良好。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
另外，在本发明实施例中，“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
参考图12，图12是本发明实施例提供的一种空间标定装置的示意图，如图12所示，该装置包括：获取模块、第一确定模块和第二确定模块。
获取模块，用于获取至少两张设定图像；所述至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述至少两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不平行；其中，所述标定板上存在多个标定点；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与所述设定空间的第一待标定截面重合；所述设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面；
第一确定模块，用于确定所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；所述第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立；
第二确定模块，用于基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立。
所述第二确定模块具体用于：
从所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系中，确定出第三映射关系；所述第三映射关系中对应的第一世界坐标系基于与所述第一待标定截面重合的标定板所在平面建立；
基于所述第三映射关系确定第四映射关系；所述第四映射关系表征为所述至少两个第二映射关系中的一个第二映射关系；所述第四映射关系对应的第二世界坐标系基于所述第一待标定截面所在平面建立；
基于所述第四映射关系确定所述至少两个第二映射关系。
所述第二映射关系通过小孔成像模型表征，所述装置还包括：
转换模块，用于将所述第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
所述第一确定模块具体用于：
确定所述至少两张设定图像中每张设定图像上标定点的像素坐标；
基于确定出的像素坐标和张正友标定算法，确定第一映射关系。
所述第一确定模块还用于：
对每张设定图像上所述标定板的标定点的像素坐标进行排序。
所述至少两张设定图像中的每张设定图像在被拍摄时，所述标定板与所述第一待标定截面之间的夹角处于第一设定角度范围内。
所述相机的成像平面与所述第一待标定截面之间的夹角处于第二设定角度范围内。
需要说明的是：上述实施例提供的空间标定装置在进行相机标定时，仅以上述各模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的空间标定装置与空间标定方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
图13是本发明一实施例提供的电子设备的示意图。如图13所示，该实施例的电子设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至103。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图12所示获取模块、第一确定模块和第二确定模块的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述电子设备中的执行过程。
所述电子设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图13仅仅是电子设备的示例，并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(CPU，Central ProcessingUnit)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现成可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable GateArray)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可以是所述电子设备的内部存储单元，例如电子设备的硬盘或内存。所述存储器也可以是所述电子设备的外部存储设备，例如所述电子设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SMC，SmartMedia Card)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，所述存储器还可以既包括所述电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种空间标定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取至少两张设定图像；所述至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述至少两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不平行；其中，所述标定板上存在多个标定点；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与所述设定空间的第一待标定截面重合；所述设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面；
确定所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；所述第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立；
基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立；
所述基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果时，所述方法包括：
从所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系中，确定出第三映射关系；所述第三映射关系中对应的第一世界坐标系基于与所述第一待标定截面重合的标定板所在平面建立；
基于所述第三映射关系确定第四映射关系；所述第四映射关系表征为所述至少两个第二映射关系中的一个第二映射关系；所述第四映射关系对应的第二世界坐标系基于所述第一待标定截面所在平面建立；
基于所述第四映射关系确定所述至少两个第二映射关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二映射关系通过小孔成像模型表征，所述方法还包括：
将所述第二映射关系由通过小孔成像模型表征转换为通过三阶多项式拟合模型表征。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述至少两张设定图像，确定至少两个第一映射关系，包括：
确定所述至少两张设定图像中每张设定图像上标定点的像素坐标；
基于确定出的像素坐标和张正友标定算法，确定第一映射关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定每张设定图像中所述标定板的标定点的像素坐标时，所述方法还包括：
对每张设定图像上所述标定板的标定点的像素坐标进行排序。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两张设定图像中的每张设定图像在被拍摄时，所述标定板与所述第一待标定截面之间的夹角处于第一设定角度范围内。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相机的成像平面与所述第一待标定截面之间的夹角处于第二设定角度范围内。
7.一种空间标定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取至少两张设定图像；所述至少两张设定图像由相机在同一位姿下拍摄位于设定空间的标定板得到，且所述至少两张设定图像中的每张设定图像之间标定板的位姿不平行；其中，所述标定板上存在多个标定点；至少一张设定图像中标定板在被拍摄时的所在平面与所述设定空间的第一待标定截面重合；所述设定空间包括至少两个互相平行的待标定截面；
第一确定模块，用于确定所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系；所述第一映射关系表征像素坐标系和第一世界坐标系的映射关系；所述像素坐标系基于所述相机的成像平面建立；所述第一世界坐标系基于对应的设定图像中标定板被拍摄时的所在平面建立；
第二确定模块，用于基于所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系，确定标定结果；所述标定结果包括至少两个第二映射关系；所述第二映射关系表征所述像素坐标系和第二世界坐标系的映射关系；所述第二世界坐标系基于对应的待标定截面所在平面建立；
所述第二确定模块具体用于：
从所述至少两张设定图像中每张设定图像对应的第一映射关系中，确定出第三映射关系；所述第三映射关系中对应的第一世界坐标系基于与所述第一待标定截面重合的标定板所在平面建立；
基于所述第三映射关系确定第四映射关系；所述第四映射关系表征为所述至少两个第二映射关系中的一个第二映射关系；所述第四映射关系对应的第二世界坐标系基于所述第一待标定截面所在平面建立；
基于所述第四映射关系确定所述至少两个第二映射关系。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的空间标定方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至6任一项所述的空间标定方法。
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