一種平面攝像機(jī)標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面攝像機(jī)標(biāo)定方法，具體為：估計(jì)變形前特征點(diǎn)在圖像上的位置，并據(jù)此計(jì)算變形前圖像上像素點(diǎn)與其所在剖分三角形頂點(diǎn)的插值關(guān)系；根據(jù)該插值關(guān)系利用特征點(diǎn)變形后的像素坐標(biāo)計(jì)算變形前圖像每個(gè)像素點(diǎn)在變形后圖像上對(duì)應(yīng)的位置，并利用該位置鄰近的變形后像素點(diǎn)的像素值插值計(jì)算得到其像素值，從而完成圖像校正。本發(fā)明利用局部線性內(nèi)插值代替了本來需要通過高次矩陣求逆才能完成的多項(xiàng)式擬合；相比于現(xiàn)有方法，本發(fā)明在保證不降低圖像校正效果與標(biāo)定計(jì)算精度的前提下，計(jì)算復(fù)雜度更低、穩(wěn)定性更高，同時(shí)有著很高的畸變抗性。
【專利說明】一種平面攝像機(jī)標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器視覺領(lǐng)域，涉及一種用于平面特征測量、定位的攝像機(jī)標(biāo)定方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]視覺測量技術(shù)因其非接觸、高精度、無損傷等優(yōu)點(diǎn)，在RFID標(biāo)簽封裝機(jī)、裝片機(jī)、劃片機(jī)、引線鍵合機(jī)等IC封裝設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。由于此類設(shè)備上的測量對(duì)象多為平面距離與角度且不需要得到攝像機(jī)內(nèi)、外參數(shù)，故僅采用一副標(biāo)定靶標(biāo)圖像進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算校正各種線性、非線性圖像變形并得到被拍攝平面圖像坐標(biāo)與世界坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系O
[0003]目前主流的攝像機(jī)標(biāo)定方法都是基于三維定位、測量的，其計(jì)算一般需要5?20幅從不同空間方位拍攝的標(biāo)定圖像，這類標(biāo)定方法操作起來過于復(fù)雜，無法滿足IC封裝設(shè)備不加人工干預(yù)且僅使用一幅標(biāo)定圖像完成計(jì)算的在線運(yùn)行需求。因此，開發(fā)精度、穩(wěn)定性適應(yīng)設(shè)備運(yùn)行要求的平面標(biāo)定算法具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
[0004]針對(duì)上述要求，國內(nèi)研究者提出了一些平面標(biāo)定算法:文獻(xiàn)“一種足球機(jī)器人視覺系統(tǒng)非線性畸變的數(shù)字校正方法”(機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2002，4:37-40)以二元三次多項(xiàng)式作為目標(biāo)式，最小二乘擬合得到變形前后圖像像素點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過雙線性插值得到變形前每個(gè)像素點(diǎn)的像素值。文獻(xiàn)“一種光學(xué)鏡頭攝像機(jī)圖像幾何畸變的修正方法”(中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2000，5 (7):593-596)與文獻(xiàn)“一種簡單而精確的徑向畸變標(biāo)定方法”(中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2004,9(4):429-434)以不同階次的二元多項(xiàng)式作為目標(biāo)式分析與實(shí)驗(yàn)，得出使用五次多項(xiàng)式能夠得到最佳的效果。這類基于多項(xiàng)式的平面標(biāo)定算法精度較高，但是高次多項(xiàng)式最小二乘擬合的過程涉及到高階矩陣的求逆運(yùn)算(以二元五次多項(xiàng)式為例，對(duì)應(yīng)的求逆矩陣為21階)，也導(dǎo)致此類方法的計(jì)算量相對(duì)較大，這種算法實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜且穩(wěn)定性相對(duì)不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種平面攝像機(jī)標(biāo)定方法，在保證標(biāo)定精度的條件下減小了計(jì)算復(fù)雜度。
[0006]一種平面攝像機(jī)標(biāo)定方法，具體為:創(chuàng)建與待校正圖像相同大小的空?qǐng)D像，依據(jù)標(biāo)定文件中存儲(chǔ)的坐標(biāo)映射關(guān)系找到空?qǐng)D像中每個(gè)像素點(diǎn)Q/ (χ/y/)對(duì)應(yīng)于待校正圖像的像素點(diǎn)Qj (Xj，yP，利用待校正圖像像素點(diǎn)Qj (Xj，yP的鄰近像素點(diǎn)的像素值進(jìn)行插值運(yùn)算得到像素點(diǎn)Q/ (X/y/)的像素值Pix(Q/)，賦于像素值后的空?qǐng)D像即為待校正圖像通過校正后的理想圖像；校正后的理想圖像的像素坐標(biāo)值乘以標(biāo)定文件中存儲(chǔ)的坐標(biāo)單位轉(zhuǎn)換系數(shù)z得到對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)值；
[0007]所述標(biāo)定文件的建立包括以下步驟:
[0008]標(biāo)定圖像成像的步驟:
[0009]調(diào)整標(biāo)定板成像位置，保證其所成的標(biāo)定圖像I中特征點(diǎn)網(wǎng)格沒有殘缺，利用標(biāo)定板成像得到標(biāo)定圖像I;
[0010]在標(biāo)定圖像中提取特征點(diǎn)信息的步驟:
[0011]提取標(biāo)定圖像I中每個(gè)特征點(diǎn)Pi的圖像坐標(biāo)(X^yi)，進(jìn)一步確定特征點(diǎn)Pi (Xi7Yi)在特征點(diǎn)網(wǎng)格上對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格位置坐標(biāo)(ri; Ci);遍歷各特征點(diǎn)的網(wǎng)格位置坐標(biāo)，找到其中行坐標(biāo)的最大值與列坐標(biāo)的最大值，從而得到特征點(diǎn)網(wǎng)格的行數(shù)R與列數(shù)C ;估算變形前相鄰特征點(diǎn)之間的像素間距d = max ((H+2) / (R-1)，(ff+2) / (C-1))，H和W分別為標(biāo)定圖像I的高和寬；記錄相鄰特征點(diǎn)的間距的世界坐標(biāo)值D ;
[0012]依據(jù)特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，并篩選有效剖分三角形集合的步驟:
[0013]對(duì)所有特征點(diǎn)按照其圖像坐標(biāo)進(jìn)行得羅里(Delaunay)三角剖分，得到剖分三角形集合τ，計(jì)算各剖分三角形的形狀偏差角η，從三角形集合τ中剔除η >閾值％的剖分三角形得到有效剖分三角形集合Te ；
[0014]構(gòu)建特征點(diǎn)變形前的圖像坐標(biāo)計(jì)算公式的步驟:
[0015]若d = (H+2)/(R_l)，則按照式I估算特征點(diǎn)網(wǎng)格最左上角點(diǎn)Plu在變形前對(duì)應(yīng)點(diǎn)Qlu的圖像坐標(biāo)(XXlu，YYlu);若d = (W+2)/(C-l)，則按照式II估算特征點(diǎn)網(wǎng)格最左上角點(diǎn)Plu在變形前對(duì)應(yīng)點(diǎn)Qlu的圖像坐標(biāo)(XXlu，YYlu)
【權(quán)利要求】
1.一種平面攝像機(jī)標(biāo)定方法，具體為:創(chuàng)建與待校正圖像相同大小的空?qǐng)D像，依據(jù)標(biāo)定文件中存儲(chǔ)的坐標(biāo)映射關(guān)系找到空?qǐng)D像中每個(gè)像素點(diǎn)Q/ (χ/y/)對(duì)應(yīng)于待校正圖像的像素點(diǎn)Qj Cxj, y」)，利用待校正圖像像素點(diǎn)Qj Cxj, y」)的鄰近像素點(diǎn)的像素值進(jìn)行插值運(yùn)算得到像素點(diǎn)Q/ (X/，y/)的像素值Pix(Q/ )，賦于像素值后的空?qǐng)D像即為待校正圖像通過校正后的理想圖像；校正后的理想圖像的像素坐標(biāo)值乘以標(biāo)定文件中存儲(chǔ)的坐標(biāo)單位轉(zhuǎn)換系數(shù)z得到對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)值； 所述標(biāo)定文件的建立包括以下步驟: 標(biāo)定圖像成像的步驟: 調(diào)整標(biāo)定板成像位置，保證其所成的標(biāo)定圖像I中特征點(diǎn)網(wǎng)格沒有殘缺，利用標(biāo)定板成像得到標(biāo)定圖像I ; 在標(biāo)定圖像中提取特征點(diǎn)信息的步驟: 提取標(biāo)定圖像I中每個(gè)特征點(diǎn)Pi的圖像坐標(biāo)(Xi，Yi)，進(jìn)一步確定特征點(diǎn)Pi (Xi，Yi)在特征點(diǎn)網(wǎng)格上對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格位置坐標(biāo)(ri; Ci)；遍歷各特征點(diǎn)的網(wǎng)格位置坐標(biāo)，找到其中行坐標(biāo)的最大值與列坐標(biāo)的最大值，從而得到特征點(diǎn)網(wǎng)格的行數(shù)R與列數(shù)C ;估算變形前相鄰特征點(diǎn)之間的像素間距d = max ((H+2) / (R-1)，(ff+2) / (C-1))，H和W分別為標(biāo)定圖像I的高和寬；記錄相鄰特征點(diǎn)的間距的世界坐標(biāo)值D ; 依據(jù)特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，并篩選有效剖分三角形集合的步驟: 對(duì)所有特征點(diǎn)按照其圖像坐標(biāo)進(jìn)行得羅里(Delaunay)三角剖分，得到剖分三角形集合τ，計(jì)算各剖分三角形的形狀偏差角Π，從三角形集合τ中剔除η >閾值％的剖分三角形得到有效剖分三角形集合τ e ； 構(gòu)建特征點(diǎn)變形前的圖像坐標(biāo)計(jì)算公式的步驟: 若d = (H+2)/(R_l)，則按照式I估算特征點(diǎn)網(wǎng)格最左上角點(diǎn)Plu在變形前對(duì)應(yīng)點(diǎn)Qlu的圖像坐標(biāo)(XXlu，YYlu);若d = (W+2)/(C-l)，則按照式II估算特征點(diǎn)網(wǎng)格最左上角點(diǎn)Plu在變形前對(duì)應(yīng)點(diǎn)Qlu的圖像坐標(biāo)(XXlu，YYlu)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述三角剖分采用得羅里(Delaunay)三角剖分方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平面攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于，所述插值運(yùn)算采用雙線性插值法、最近鄰域插值、雙三次插值或分形插值。
4.一種平面攝像機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)，包括: 校正模塊，用于創(chuàng)建與待校正圖像相同大小的空?qǐng)D像，依據(jù)標(biāo)定文件中存儲(chǔ)的坐標(biāo)映射關(guān)系找到空?qǐng)D像中每個(gè)像素點(diǎn)Q/(x/y/)對(duì)應(yīng)于待校正圖像的像素點(diǎn)Q/\，yP，利用待校正圖像像素點(diǎn)Qj (Xj，yj)的鄰近像素點(diǎn)的像素值進(jìn)行插值運(yùn)算得到像素點(diǎn)Q/ (χ/，y/)的像素值pix(Q/ )，賦于像素值后的空?qǐng)D像即為待校正圖像通過校正后的理想圖像；校正后的理想圖像的像素坐標(biāo)值乘以標(biāo)定文件中存儲(chǔ)的坐標(biāo)單位轉(zhuǎn)換系數(shù)z得到對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)值； 所述標(biāo)定文件的構(gòu)建系統(tǒng)包括以下模塊: 標(biāo)定圖像成像的第一模塊，用于調(diào)整標(biāo)定板成像位置，保證其所成的標(biāo)定圖像I中特征點(diǎn)網(wǎng)格沒有殘缺，利用標(biāo)定板成像得到標(biāo)定圖像I; 在標(biāo)定圖像中提取特征點(diǎn)信息的第二模塊，用于提取標(biāo)定圖像I中每個(gè)特征點(diǎn)Pi的圖像坐標(biāo)(Xi, Yi)，進(jìn)一步確定特征點(diǎn)Pi (Xi, Yi)在特征點(diǎn)網(wǎng)格上對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格位置坐標(biāo)Cri,Ci);遍歷各特征點(diǎn)的網(wǎng)格位置坐標(biāo)，找到其中行坐標(biāo)的最大值與列坐標(biāo)的最大值，從而得到特征點(diǎn)網(wǎng)格的行數(shù)R與列數(shù)C;估算變形前相鄰特征點(diǎn)之間的像素間距d = max((H+2)/(R-1), (W+2)/(C-l))，H和W分別為標(biāo)定圖像I的高和寬；記錄相鄰特征點(diǎn)的間距的世界坐標(biāo)值D ; 依據(jù)特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，并篩選有效剖分三角形集合的第三模塊，用于對(duì)所有特征點(diǎn)按照其圖像坐標(biāo)進(jìn)行得羅里(Delaunay)三角剖分，得到剖分三角形集合τ，計(jì)算各剖分三角形的形狀偏差角η，從三角形集合τ中剔除η >閾值η^的剖分三角形得到有效剖分三角形集合τ e ；構(gòu)建特征點(diǎn)變形前的圖像坐標(biāo)計(jì)算公式的第四模塊，用于若d= (H+2)/(R-1)，則按照式I估算特征點(diǎn)網(wǎng)格最左上角點(diǎn)Plu在變形前對(duì)應(yīng)點(diǎn)Qlu的圖像坐標(biāo)(XXlu，YYlu);若d =(W+2)/(C-l)，則按照式II估算特征點(diǎn)網(wǎng)格最左上角點(diǎn)Plu在變形前對(duì)應(yīng)點(diǎn)Qlu的圖像坐標(biāo)(XXlu，YYlu)
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103854271SQ201210494612
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】李文龍, 徐侃, 尹周平, 王瑜輝, 尹程龍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)