[发明专利]用于使用棋盘图案的一幅或多幅图像的自动相机校准的方法和装置

权利要求书

1.一种相机校准设备，包括如下部分：

(i)由不透明材料制成以避免光从外部进入的盒(1)，其具有允许镜头探针进入的一个或多个开口(2)，每个开口由用于将从外部进入的光最小化的橡胶膜(3)围绕；该盒由透明或半透明材料的隔离物(6)分隔成两个隔室，所述两个隔室中的一个是开口隔室，其能够由用于重复将执行视觉检查的部件的流体填充；

(ii)由透明或半透明材料制成且被置于隔离物顶部上的具有已知图案的平面网格(7)；

(iii)安装在所述两个隔室中的另一个隔室中且用于平面网格的漫射背光照明的光源，所述另一个隔室是下盒隔室(5)；

(iv)具有顺序和并行处理能力且与用于图像获取的相机相连的计算机单元；

(v)连接至所述计算机单元的显示设备；以及

(vi)连接至所述计算机单元的用于输入用户命令的接口设备。

2.如权利要求1所述的设备，其中计算机单元包括中央处理单元和/或图形处理单元。

3.如权利要求1所述的设备，包括平面棋盘图案，该平面棋盘图案通过所述相机查看并且能够作为结果包括位于两个连续对角线白色方形的中心处并标识位于这两个连续对角线白色方形之间的网格边角的可区分特征。

4.如权利要求1所述的设备，还包括用于观察具有已知图案的所述平面网格的多个进入点，这些进入点根据镜头探针的类型具有多种形状和尺寸并且用于从不同视角查看所述图案。

5.一种用于自动相机校准、根据镜头探针旋转更新投影模型以及实时图像失真校正的方法，所述方法执行如下操作：

(i)使用校准盒的棋盘图案的一幅或多幅校准图像的用户命令获取；

(ii)检测校准图像中的网格边角并建立图像平面对应；

(iii)使用至少一幅所述校准图像中的图像平面对应确定相机本征参数以及镜头失真，其中，所述本征参数包括焦距、主点、偏斜和纵横比；

(iv)在医疗或工业设备中连续获取图像/视频；

(v)检测圆形图像区域和帧图像区域之间的边界轮廓、三角标记的图像坐标，该操作在每个帧时刻执行；

(vi)使用(v)的输出鲁棒确定镜头探针经受的相对于相机头的角位移；

(vii)考虑到(iii)的初始相机校准来更新本征校准信息，并且使用用于描述倾斜视角内窥镜或其镜头相对于相机头旋转的任何其他相机设备的新投影模型更新(vi)的相对旋转信息；

(viii)使用(vii)的当前相机校准执行用于校正径向失真的实时图像修正。

6.如权利要求5所述的方法，其中步骤(iv)中的医疗或工业设备包括内窥镜相机。

7.如权利要求5所述的方法，其中操作(ii)包括在具有已知图案的平面网格的边角点和所述校准图像之一的边角点之间自动建立对应，该已知图案是棋盘图案，并且所述方法还包括如下步骤：

a)使用图像处理技术检测中央图像区域中的边角或种子点；

b)推断所述边角或种子点在具有已知图案的平面网格内的坐标；

c)使用相机参数、镜头失真以及具有已知图案的平面网格和相机之间的相对姿态的隐式编码确定将具有已知图案的平面网格中的所述边角或种子点的坐标映射至图像坐标中的点的函数；

d)使用在(c)中确定的函数将具有已知图案的平面网格中的边角投影到所述校准图像内；

e)通过围绕投影的具有已知图案的平面网格中的边角的局部搜索定位图像中的新边角；

f)迭代执行步骤(c)至(e)，直到认为建立的边角对应的数目令人满意为止。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中操作(iii)包括使用边角对应从单幅校准图像估计相机本征参数和镜头失真，并且还包括如下步骤：

a)计算将具有已知图案的平面网格内的提升点坐标映射至图像平面中的提升点坐标的函数；

b)分解前一步骤的映射函数以确定焦距、主点、纵横比、偏斜、失真参数、以及具有已知图案的平面网格和相机之间的相对姿态、旋转和平移。

9.如权利要求8所述的方法，其能够由用于实现如下一个或多个目的的迭代非线性优化的附加步骤所补充：

a)细化估计的参数，

b)融合由不同校准图像提供的估计结果。