专利名称：用于摄像机标定的同心圆光栅和契形光栅标靶的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是计算机视觉领域，特别涉及一种用于摄像机标定的同心圆光栅和契形光栅标靶，通过标靶获取空间点与计算机图像像素点的对应关系，对摄像机进行标定的场合。
技术背景
在计算机视觉领域中，摄像机标定是所有工作的第一步，对于以摄像机为主要测量设备的视觉测量系统来说，摄像机标定结果直接影响着视觉测量系统的精度。摄像机标定实际上是确定摄像机的内部参数和外部参数，内部参数为摄像机的几何和光学特性，是摄像机的固有参数，不会因为摄像机位置变化等原因而改变；外部参数为摄像机坐标系相对于世界坐标系的位置关系，会因为摄像机位置变化等原因而发生变化。
摄像机标定大致分传统标定方法和自标定方法，主要是根据已知尺寸和形状的标靶进行标定。传统摄像机标定方法常用的有三维标靶和二维平面标靶，由于二维标定靶的制作简单、成本低廉等优点，Zhang(Z. Zhang. A flexible new technique for camera calibration [J]. Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, 2000，22(11):1330 1334.)的基于2D平面标定法得到广泛的应用。自1992年 Hartley和Faugeras首次提出自标定以来，自标定方法以其简单方便的快速标定优点成为计算机视觉领域的研究热点之一。Meng(X. Meng, Z. Hu. A new easy camera calibration technique based on circular points[J]. Pattern Recognition, 2003， 36:1155^1164.)提出一种利用一个圆和过圆心的一系列直线进行摄像机标定的方法。 Jun-Sik Kim 等在文献(J. -S. Kim. A Camera Calibration Method using Concentric Circles for Vision Applications [J]· Proceedings of the 5th Asian Conference on Computer Vision(ACCV), 2002.)中利用同心圆比圆提供更多的信息完成摄像机标定， 因此标定结果更好。胡钊政等(胡钊政，谈正.一种基于二消失点的摄像机自标定新算法 [J].空间电子技术，2005，1:42、6.)提出一种利用正交方向消失点进行摄像机标定的方法。但是无论哪一种方法都是基于标靶上特征点信息的，即确定标靶上特征点的空间坐标和图像坐标。在这些特征点的提取中无论是圆形靶、方形靶还是十字叉形靶特征点都容易受到图像阈值、投影变换和畸变的影响。特征点作为标定数据，它的提取精度会最终影响标定结果。如何克服特征点提取精度易受其它因素的影响，用更高精度的特征点数据进行摄像机标定，这是一个计算机视觉领域的重要问题。发明内容
本发明的目的是提供一种用于摄像机标定的同心圆光栅和契形光栅，通过该标靶获取高精度的标定数据，从而提高摄像机的标定精度。
为了上述发明目的，本发明采用的技术方案为步骤一采用灰度调制的同心圆光栅和契形光栅将每个特征点的空间坐标编码到特征图像的相位信息中，制成相移光栅标靶。
同心圆光栅含有至少5个周期，契形光栅含有至少4个周期，使用正弦或者余弦灰度周期信号将空间特征点坐标信息调制编码到相位信息中，构成相移光栅。使用计算机生成相移条纹图像，直接由液晶显示器或其他数字图像显示器显示该光栅相移标靶。
步骤二 用摄像机对标靶从至少六个位置拍摄，获得该标靶的相位图；步骤三对获得图像利用N (N大于等于3)步相移法计算其截断相位分布，求得零相位点作为特征点从而完成标定数据的获取，利用基于正交消失点标定算法实现摄像机的精确标定。
对每个位置摄像机拍摄的同心圆光栅和契形光栅标靶相移图像，分别通过N步相移计算其相位分布，将每个拍摄位置的同心圆光栅和契形光栅相位叠加，计算相位为零的点作为高精度的特征点标定数据。
与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明主要用于各种需要对摄像机进行标定的应用场合。利用本发明提出的同心圆光栅和契形光栅相位标靶及其特征点提取方法，可以得到高精度的标定数据，这样即可采用适当的标定算法完成对摄像机的标定。该标靶和标定数据提取方法有以下优点(1)本发明所提标靶的制作简单，直接在液晶显示器上显示由计算机生成的相移条纹图像作为相位光栅标靶。
(2)本发明依据相移条纹相位提取的高精度特性进行特征点提取，不受阈值和投影形变的影响，因此能够得到更高的特征点定位精度。
(3)本发明的操作过程简单，只要用摄像机对标靶拍摄图像即可。当标靶同时在多个摄像机中成像时，也能将多个摄像机统一于同一世界坐标系。
图1是本发明同心圆光栅和契形光栅一幅相移标靶示意图。
图2是本发明标定数据的提取流程图。
图3是标记了特征点的截断相位叠加图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，为本发明同心圆光栅和契形光栅一幅相移标靶示意图。同心圆光栅含有7个周期，契形光栅含有4个周期，使用正弦或者余弦灰度周期信号将空间特征点坐标信息调制编码到相位信息中，构成相移光栅，直接由液晶显示器显示该相移光栅标靶。根据本发明相移光栅标靶的特点涉及了一整套的处理算法分别求同心圆光栅和契形光栅的相位分布，将两个光栅相位图相加，寻找叠加相位图中相位值为零的点作为特征点，算法流如图2所示。
根据权利要求2所述，灰度调制的同心圆光栅和契形光栅的强度函数分别表示为
权利要求
1.一种用于摄像机标定的同心圆光栅和契形光栅标靶，其特征在于，包括以下步骤 步骤1 采用灰度调制的同心圆光栅和契形光栅将每个特征点的空间坐标编码到特征图像的相位信息中，制成相移光栅标靶；步骤2 用摄像机对标靶从至少六个位置拍摄，获得该标靶的相位图； 步骤3 对获得图像利用N (N大于等于3)步相移方法计算其相位分布，求得零相位点作为特征点从而完成标定数据的获取，利用消失点标定算法实现摄像机的精确标定。
2.根据权利要求1所述的同心圆光栅和契形光栅标靶，其特征在于同心圆光栅含有至少5个周期，契形光栅含有至少4个周期，使用正弦或者余弦灰度周期信号将空间特征点坐标信息调制编码到相位信息中，构成相移光栅。
3.根据权利要求1和2所述的同心圆光栅和契形光栅标靶，其特征在于使用计算机生成数字特征图像，直接由液晶显示器或其他数字图像显示器显示该光栅标靶。
4.根据权利要求1所述的N步相移方法计算相位分布，其特征在于对于同心圆光栅或契形光栅通过显示屏显示，分别经过N次拍摄相应的相移标靶相位图像，由N步相移算法计算其截断相位分布。
5.根据权利要求1和2所述的标定数据获取，其特征在于通过N步相移方法处理摄像机获取的相位标靶图像得到其截断相位分布后，将同心圆光栅和契形光栅截断相位相加， 计算相位为零的点作为特征点标定数据。
全文摘要
本发明公开了一种用于摄像机标定的同心圆光栅和契形光栅标靶，它涉及计算机视觉领域。为了解决常规图像特征点的提取精度易受图像阈值和摄像机投影变换的影响而降低的问题，本发明采用的技术方案是采用灰度调制的同心圆光栅和契形光栅将每个特征点的空间坐标编码到特征图像的相位信息中，制成相移光栅标靶，摄像机获得该标靶的相移图像，利用N(N大于等于3)步相移法计算其相位分布，求得零相位点作为特征点从而完成标定数据的获取，利用基于正交的消失点标定算法实现摄像机的标定。本发明提出的方法利用相移条纹相位定位精度高和受噪声影响小的特性，提高了标定特征点的精度，使得用这种标靶时标定精度高，稳定性强。
文档编号G06T7/00GK102509298SQ20111036127
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者刘元坤, 向立群, 张启灿, 曹益平, 苏显渝, 薛俊鹏, 陈文静 申请人:四川大学