CN113720262A - 一种三维测量软件的校准方法 - Google Patents

Abstract

一种三维测量软件的校准方法，在测量软件上建立校准功能，用立体拍摄硬件实拍某距离的尺子的立体照片作为校准卡，用实拍的距离、实拍镜头对准的差异、以及实拍到尺子的尺寸、以及立体设备的镜距去修正软件理论上的设定，用软件去适应硬件，一是可将测量软件精准化、通用化；二是可降低立体拍摄产品的制造难度，降低制造成本。

Description

一种三维测量软件的校准方法

技术领域

本发明属3D图像领域，涉及一种三维图像的三维测量，尤其是一种三维测量软件的校准方法。

背景技术

三维看图和测量软件(申请号202110257006.7)的左右图像不管是适合宽度还是适合高度，以及1∶1放大，初次放入软件的两窗口时都是按中心对齐的，测量指针也是，这要求立体拍摄两镜头光轴要能很精准地交汇在与软件合定的某距离上，这无疑给立体拍摄设备的制造带来很高的难度，不管是产品的结构还是组装、调试，还有镜头焦距精度要求都极高，这种按理想硬件标准设定的软件，不仅增加了硬件的成本，对软件本身的通用性也受到很大限制。

发明内容

为了克服测量软件对硬件的严格要求，为了测量软件具有通用性，本申请在测量软件上增加了一个校准功能，就是用软件来配合硬件。其方法是：用测量照片的拍摄设备拍一张校准卡，校准卡是该设备拍摄的一张某距离(如2米)处垂直相机光轴、且水平放置的尺子的照片，用该照片进行校准，使测量软件专属于该设备所拍照片。校准在软件的测量界面上进行，就是对其中一窗口的原放图的对齐中心和放测量指针的对齐中心重新定义。新放指针的对齐点是修正左右位置，其左右位置是以该窗口指针对准另一窗口指针对准相同的尺子刻度；新放图的对齐点是上下移动该窗口图像，以指针准星(十字交叉点)对准另一窗口准星对到的图像上相同的点；以后该窗口放图以修改了上下的对齐点放图，以后放指针以修改了左右的对齐点放指针。校准还输入左或右窗口所能容下的尺子宽度的数值。若非固定镜距拍摄设备，还再输入镜距尺寸。以上修改和输入用以修正原测量软件的初始设定。经这样一校准，软件就精准地匹配了该立体设备，由此解决了硬件的制造难度问题和软件的通用性问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：先用拍被测立体照片的立体设备拍摄一张校准卡，该卡是用该设备拍的一张某距离上、垂直于设备光轴、且水平放置的直尺的立体照片，用该照片在测量软件的测量界面上进行校准；校准就是对其中一窗口的原放图和放指针的对齐点重新定义，放图标或指针是按校准卡修正了左右位置的对齐点放置，其左右是以该窗口指针对准另一窗口指针对准的校准卡上尺子的相同刻度；放图像是按校准卡修正了上下位置的对齐点放置，其上下是以该窗口指针准星对准另一窗口指针准星对准的校准卡上物体的相同点；以后该窗口放图都以校准了上下的对齐点放图，以后该窗口放指针都以校准了左右的对齐点放指针；校准还输入校准卡左或右窗口所能容下的尺子的宽度数值；若非固定镜距的，还再输入镜距的尺寸；以上位置修改和数值输入用以修正原测量软件的初始设定。

本发明的有益效果是：测量软件有了校准功能，一是可将测量软件通用化、精准化；二是可降低立体拍摄产品的制造难度，降低制造成本。

附图说明

图1：测量软件测量界面；图2：测深度距离原理图；图3：测宽高尺寸原理图。

具体实施方式

1.窗口 图1是测量软件的测量界面，软件有左右两个窗口，分别放左右视差图像和测量指针(十字标尺，也可以用箭头图标)，其中一个窗口指针可单独左右移动，即两指针的间距可以改变，这在立体观看中指针是在前后移动，两准星对在两视差物体的相同点上，该点就是距相机的深度距离。指针上的刻度即指针所在该深度的宽高尺寸，刻度间距会随深度的改变而改变。

2.深度 深度通过图2的直角三角形计算求得，如用三角函数，tan(C)＝c∶a，c＝a*tan(C)。a是镜距，C是测距的角度。设两相机光轴交汇于A，以∠BCA为初始角度，测量角度用该初始角度去加减，即测距离e点的角度为∠BCe＝∠BCA-∠eCA。∠eCA是偏移角度。虚线圆局部放大图中D是右相机的传感器，e’是e处物体的投影，D’等效传感器D，虚线圆是量角器，量角器的刻度o-M可对应传感器上o-M的像素，则每像素的量角器刻度θ≈α/N’，α是偏移的量角器刻度，N’是偏移的像素，则∠eCA＝N*θ，N是测量指针移动的像素，∠eCA≈N*α/N’，所求距离

X＝a*tan(∠BCA+N*α/N’)

式中，a为镜距，∠BCA测距的初始角度，如初始距离是2米，对于镜距为73的角度计算出来的∠BCA是87.9。N为指针测距移动的像素，左移为负数。当放大或缩小图像测距时，N需要再乘一个缩放比。α是o-M的量角器刻度，N’是o-M的像素。N移动的数值应使(∠BCA+N*α/N’)＜90度。

3.宽高 有了深度定位，就很容易测量某深度那个层面的宽度和高度了。图3，直角△ABC是半个视场，已知bc，用相似三角形的计算方法就能算出BC，BC∶AB＝bc∶Ab，BC＝AB*bc/Ab。若为十字线标刻度(图1)，则计算刻度间距。如果BC单位为米，设刻度单位刻度为0.1米，则每刻度占场宽的比例为0.1/BC。设在看图软件上半个窗口的像素数为N，则单位刻度所占窗口像素N’＝N*0.1/BC，把BC＝AB*bc/Ab代入，N’＝N*0.1/(AB*bc/Ab)，AB是被距离，即前面求出的X，所求刻度的间隔像素

N’＝0.1*N*Ab/X/bc

式中，N是半个窗口的像素，Ab是实测bc的距离，bc是实测的半个场宽，AB是被距离(前面求出的X)，0.1是刻度单位0.1米，若刻度密到一定程度，刻度单位可以再改为米、百米或千米，或宽到一定程度，刻度单位也可以为厘米。

4.校准 原测量软件是按立体拍摄两镜头光轴交汇点设定的，由于两图像的中心即光轴中心，两图像中心也是两窗口中心，所以看图软件两窗口中心也就是初始指针对着的初始距离，测距是根据这个初始距离为原点计算的(图2放大图)。可是，要使每台立体设备的两光轴相交在一个固定的点上是非常困难的，所以这里测量软件对硬件设置了很高的要求，硬件做不到就会影响测量精度。

校准是用软件来适应硬件，先用拍被测立体照片的立体设备拍摄一张校准卡，该卡是用该设备拍的一张某距离(如2米)处、垂直于相机光轴、且水平放置的直尺的立体照片，用该照片在测量软件的测量界面上进行校准；校准就是对测量软件两窗口其中一窗口(如右窗口)的(初始)放图和放指针的对齐点(原窗口中心)重新定义，放指针是按校准卡修正了左右位置的对齐点放置，其“左右”是以该窗口指针对准另一窗口指针对准的校准卡上尺子的相同刻度(也就是让初始距离设定在2米处)；放图像是按校准卡修正了上下位置的对齐点放置，其“上下”是以该窗口指针准星对准另一窗口指针准星对准的校准卡上物体的相同点(即让左右两视差图精准平行)；以后该窗口放图都以校准了上下的对齐点放图，以后该窗口放指针都以校准了左右的对齐点放指针；校准还输入校准卡左或右窗口所能容下的尺子的宽度数值；若非固定镜距的，还再输入镜距的尺寸；以上位置修改和数值输入用以修正原测量软件的初始设定。

校准输入的尺子宽度替换软件的刻度间隔像素N’＝0.1*N*Ab/X/bc式中的bc，即bc＝尺子宽度/2，校准卡拍摄尺子的尺距离(如2米)计算后替换距离X＝a*tan(∠BCA+N*α/N’)式中的∠BCA，即∠BCA＝acrtan(尺距离/a)，输入的镜距替代式中的a，即a＝镜距。

Claims (1)

1.一种三维测量软件的校准方法，包括测量软件的左右两窗口，以及左右两窗口以窗口中心对齐图像中心放入左右视差两图像、以中心对齐放入左右两测量图标或十字线指针的初始设定，其特征是：先用拍被测立体照片的立体设备拍摄一张校准卡，该卡是用该设备拍的一张某距离上、垂直于设备光轴、且水平放置的直尺的立体照片，用该照片在测量软件的测量界面上进行校准；校准就是对其中一窗口的原放图和放指针的对齐点重新定义，放图标或指针是按校准卡修正了左右位置的对齐点放置，其左右是以该窗口指针对准另一窗口指针对准的校准卡上尺子的相同刻度；放图像是按校准卡修正了上下位置的对齐点放置，其上下是以该窗口指针准星对准另一窗口指针准星对准的校准卡上物体的相同点；以后该窗口放图都以校准了上下的对齐点放图，以后该窗口放指针都以校准了左右的对齐点放指针；校准还输入校准卡左或右窗口所能容下的尺子的宽度数值；若非固定镜距的，还再输入镜距的尺寸；以上位置修改和数值输入用以修正原测量软件的初始设定。

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