一種攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)單應(yīng)性矩陣的求解方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)單應(yīng)性矩陣的求解方法，其特征在于：攝像機(jī)和投影機(jī)都通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)連接，按以下步驟實(shí)現(xiàn)：在計(jì)算機(jī)中，產(chǎn)生一幅攝像機(jī)標(biāo)定圖像，在計(jì)算機(jī)中，產(chǎn)生一幅投影機(jī)標(biāo)定圖像，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；將攝像機(jī)和投影機(jī)固定擺放于標(biāo)定板前方，保證標(biāo)定板位于攝像機(jī)和投影機(jī)的視場(chǎng)范圍內(nèi)；通過(guò)攝像機(jī)攝取標(biāo)定板，得到攝像機(jī)標(biāo)定板圖像；保持標(biāo)定板不動(dòng)，通過(guò)投影機(jī)將投影機(jī)標(biāo)定圖像全部投射到標(biāo)定板上，使用攝像機(jī)拍攝標(biāo)定板，得到投影機(jī)標(biāo)定板圖像；其可以快速地對(duì)攝像機(jī)和投影機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，從而得到攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)單應(yīng)性矩陣。
【專利說(shuō)明】一種攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)單應(yīng)性矩陣的求解方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)單應(yīng)性矩陣的求解方法，屬于計(jì)算機(jī) 視覺(jué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法是最有前途和使用最廣泛的三維測(cè)量方法之一，具有非接觸、精 度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法可以采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)或單目立體視覺(jué)技術(shù)，單 目視覺(jué)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需考慮攝像機(jī)同步問(wèn)題、處理數(shù)據(jù)量小、點(diǎn)云重建效率高等優(yōu) 點(diǎn)而被廣泛使用。由以下公式可知，

【權(quán)利要求】
1. 一種攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)單應(yīng)性矩陣的求解方法，一種攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣和 投影機(jī)單應(yīng)性矩陣的求解方法，計(jì)算機(jī)，攝像機(jī)，投影機(jī)，標(biāo)定板；其特征在于：攝像機(jī)和投 影機(jī)都通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)連接，按以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟1、在計(jì)算機(jī)中，產(chǎn)生一幅攝像機(jī)標(biāo)定圖像，攝像機(jī)標(biāo)定圖像背景顏色的RGB值分 別為100，100，100 ;攝像機(jī)標(biāo)定圖像包括48個(gè)半徑相同的白色圓形，半徑為9mm，按8行6 列排列，相鄰兩個(gè)圓心之間的距離均為23. 5mm ; 用A4紙，將攝像機(jī)標(biāo)定圖像打印出來(lái)，并粘貼在一個(gè)平面板上，構(gòu)成標(biāo)定板； 步驟2、在計(jì)算機(jī)中，產(chǎn)生一幅投影機(jī)標(biāo)定圖像，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；投影機(jī)標(biāo)定圖像 背景顏色的RGB值都為0 ;投影機(jī)標(biāo)定圖像包括48個(gè)半徑相同的白色圓形，半徑為9mm，按 8行6列排列，相鄰兩個(gè)圓心之間的距離均為23. 5mm ; 步驟3、將攝像機(jī)和投影機(jī)固定擺放于標(biāo)定板前方，保證標(biāo)定板位于攝像機(jī)和投影機(jī)的 視場(chǎng)范圍內(nèi)； 步驟4、通過(guò)攝像機(jī)攝取標(biāo)定板，得到攝像機(jī)標(biāo)定板圖像； 步驟5、保持標(biāo)定板不動(dòng)，通過(guò)投影機(jī)將投影機(jī)標(biāo)定圖像全部投射到標(biāo)定板上，使用攝 像機(jī)拍攝標(biāo)定板，得到投影機(jī)標(biāo)定板圖像； 步驟6、在保證標(biāo)定板位于攝像機(jī)和投影機(jī)的視場(chǎng)范圍內(nèi)的前提下，改變標(biāo)定板的位置 或角度，重復(fù)步驟4和步驟5得到多幅攝像機(jī)標(biāo)定板圖像和投影機(jī)標(biāo)定板圖像； 步驟7、使用OpenCVl. 0中的cvThreshold函數(shù)，依次對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定板圖像和投影機(jī) 標(biāo)定板圖像進(jìn)行二值化；使用OpenCVl. 0中的cvFindContours函數(shù)，依次在二值化后的 攝像機(jī)標(biāo)定板圖像和投影機(jī)標(biāo)定板圖像中找出各圖形的輪廓的點(diǎn)集；使用OpenCVl. 0中的 cvCvtSeqToArray函數(shù)，依次將每一個(gè)圖形的輪廓的點(diǎn)集轉(zhuǎn)換為一維數(shù)組，一維數(shù)組中元素 的類型都為CvPoint ;最后，使用OpenCVl. 0中的cvFitEllipse函數(shù)，對(duì)每個(gè)一維數(shù)組進(jìn)行 橢圓擬合，得到每個(gè)橢圓的圓心； 步驟8、將攝像機(jī)標(biāo)定圖像中每個(gè)圓形的圓心的_維坐標(biāo)和每幅攝像機(jī)標(biāo)定板圖像上 對(duì)應(yīng)的橢圓圓心的三維坐標(biāo)傳遞給OpenCVl. 0中的攝像機(jī)標(biāo)定函數(shù)CalibrateCamera2， 其中每幅攝像機(jī)標(biāo)定板圖像上對(duì)應(yīng)的橢圓圓心的世界坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)值取1. 0,設(shè)為 WorldZ，便可以算出3X3階攝像機(jī)內(nèi)參矩陣、3階攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)向量和3階攝像機(jī)平移向量； 步驟9、使用OpenCVl. 0中的cvRodrigues2函數(shù)，將攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)向量轉(zhuǎn)換成3X3階攝 像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣；構(gòu)造3X4階攝像機(jī)外參矩陣，其中前三個(gè)列向量為攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣對(duì)應(yīng)的 三個(gè)列向量，第四個(gè)列向量為攝像機(jī)平移向量；使用OpenCVl. 0中的cvGEMM函數(shù)，將攝像機(jī) 內(nèi)參矩陣和攝像機(jī)外參矩陣轉(zhuǎn)換成3X4階的攝像機(jī)單應(yīng)性矩陣，記為CameraMatrix ; 步驟10、根據(jù)以下公式計(jì)算臨時(shí)變量tmpl和tmp2 tmpl = (FeatureV * CameraMatrix[2][1] - CameraMatrix[1][1]); tmp2 = (FeatureU * CameraMatrix[2][1] - CameraMatrix[0][1]); 其中FeatureV為投影機(jī)標(biāo)定板圖像中橢圓圓心在投影機(jī)坐標(biāo)系下的V軸坐標(biāo)， FeatureU為投影機(jī)標(biāo)定板圖像中橢圓圓心在投影機(jī)坐標(biāo)系下的U軸坐標(biāo)； 根據(jù)以下公式計(jì)算標(biāo)定板上投影機(jī)圖像中橢圓圓心的世界坐標(biāo)系中的X軸坐標(biāo)值 WorldX和Y軸坐標(biāo)值WorldY ; WorldX = (tmp2 * WorldZ * CameraMatrix[1] [2] + tmp2 * CameraMatrix[1] [3] - tmp2 ^ FeatureV ^ WorldZ ^ CameraMatrix[2] [2] - tmp2 ^ FeatureV * CameraMatrix[2][3] - tmpl * WorldZ * CameraMatrix[0][2] - tmpl * CameraMatrix[0][3] + tmpl ^ FeatureU ^ WorldZ ^ CameraMatrix[2] [2] + tmpl ^ FeatureU ^ CameraMatrix[2][3]) / (tmpl ^ CameraMatrix[0][0] - tmpl ^ FeatureU ^ CameraMatrix[2][0] - tmp2 ^ CameraMatrix[1][0] + tmp2 ^ FeatureV ^ CameraMatrix[2][0]); WorldY = (WorldX ^ CameraMatrix[2][0] + WorldZ ^ CameraMatrix[1] [2] + CameraMatrix [1] [3] - FeatureV ^ WorldX ^ CameraMatrix[2] [0] - FeatureV ^ WorldZ ^ CameraMatrix[2] [2] - FeatureV ^ CameraMatrix[2] [3]) / (FeatureV ^ CameraMatrix[2][1] - CameraMatrix[1][1]); 步驟11、將投影機(jī)標(biāo)定圖像中每個(gè)圓形的圓心的二維坐標(biāo)和每幅投影機(jī)標(biāo)定板圖像上 對(duì)應(yīng)的橢圓圓心的三維坐標(biāo)傳遞給OpenCVl. 0中的攝像機(jī)標(biāo)定函數(shù)CalibrateCamera2,其 中每幅投影機(jī)標(biāo)定板圖像上對(duì)應(yīng)的橢圓圓心的世界坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)值也取WorldZ，計(jì) 算出3X3階投影機(jī)內(nèi)參矩陣、3階投影機(jī)旋轉(zhuǎn)向量和3階投影機(jī)平移向量； 步驟12、使用OpenCVl. 0中的cvRodrigues2函數(shù)，將投影機(jī)旋轉(zhuǎn)向量轉(zhuǎn)換成3X3階投 影機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣；構(gòu)造投影機(jī)外參矩陣，其中前三個(gè)列向量為投影機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣對(duì)應(yīng)的三個(gè)列 向量，第四個(gè)列向量為投影機(jī)平移向量；使用OpenCVl. 0中的cvGEMM函數(shù)，將投影機(jī)內(nèi)參矩 陣和外參矩陣轉(zhuǎn)換成3X4階的投影機(jī)單應(yīng)性矩陣，記為ProjectorMatrix ; 通過(guò)以上步驟依次得到了攝像機(jī)的單應(yīng)性矩陣和投影機(jī)的單應(yīng)性矩陣。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104240233SQ201410408216
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】張超, 楊華民, 韓成, 權(quán)巍, 蔣振剛, 馮欣, 范靜濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)