[发明专利]系统校准方法、装置及三维重建系统

说明书

技术领域

本发明涉及主动式光学三维测量技术领域，具体而言，涉及系统校准方法、装置及三维重建系统。

背景技术

相位测量轮廓术(phase measuring profilometry，PMP)是指利用相位的时间域编码生成多幅投射的图案，通过投影仪将这一系列图案投射到被测物体的表面，再由数字摄像机捕获被测物体表面的反射信息，然后计算出物体的三维坐标。

在使用PMP对被测物体进行三维重建时，首先要对系统进行校准，得到数字摄像机的参数矩阵M^wc和投影仪的参数矩阵M^wp。获取校准数据时通常需要标定物，标定物可以是每个面上均有大小相同的圆的三维标靶，也可以是棋盘格平面的二维标靶，传统方法是通过数字摄像机对几何信息已知的三维/二维标靶进行拍摄，得到标定物上圆心/棋盘角点的世界坐标(X^w,Y^w,Z^w)和摄像机上对应的图像点的坐标(x^c,y^c)，再结合相对应于标定物的投影坐标y^p，求解出PMP系统的数字摄像机的参数矩阵M^wc和投影仪的参数矩阵M^wp。但是，采用传统方法所得到的校准数据的数量非常少，故系统校准的精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种系统校准方法、装置及三维重建系统，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种系统校准方法，所述方法应用于三维重建系统，三维重建系统包括标靶、摄像装置、投影装置和计算机，摄像装置和投影装置均与计算机电连接，标靶、摄像装置和投影装置均设置于同一平面上，且所述摄像装置与所述标靶对应，标靶上设置有矩形框，所述方法包括：根据第一特征点的图像坐标和第一特征点的世界坐标，获取第一转换矩阵，其中，第一特征点为所述矩形框的角点；根据每个第二特征点的图像坐标和第一转换矩阵，获取每个第二特征点的世界坐标，其中，第二特征点为标靶图像中矩形框内的一个像素点；根据每个第三特征点的图像坐标和每个第三特征点对应的世界坐标，确定摄像装置的参数矩阵，其中，第三特征点为第一特征点和第二特征点的集合。

第二方面，本发明提供了一种系统校准装置，所述系统校准装置应用于三维重建系统，三维重建系统包括标靶、摄像装置、投影装置和计算机，摄像装置和投影装置均与计算机电连接，标靶、摄像装置和投影装置均设置于同一平面上，且所述摄像装置与所述标靶对应，标靶上设置有矩形框，系统校准装置包括：第一获取模块，用于根据第一特征点的图像坐标和第一特征点的世界坐标，获取第一转换矩阵，其中，第一特征点为矩形框的角点；第二获取模块，用于根据每个第二特征点的图像坐标和第一转换矩阵，获取每个第二特征点的世界坐标，其中，第二特征点为标靶图像中矩形框内的一个像素点；第一执行模块，用于根据每个第三特征点的图像坐标和与每个第三特征点对应的世界坐标，确定摄像装置的参数矩阵，其中，第三特征点为所述第一特征点和所述第二特征点的集合。

第三方面，本发明提供了一种三维重建系统，其包括标靶、摄像装置、投影装置和计算机，摄像装置和投影装置均与计算机电连接，标靶、摄像装置和投影装置均设置于同一平面上，且所述摄像装置与所述标靶对应，标靶上设置有矩形框；所述计算机包括存储器、处理器及系统校准装置，所述系统校准装置存储于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模组，所述系统校准装置包括：第一获取模块，用于根据第一特征点的图像坐标和第一特征点的世界坐标，获取第一转换矩阵，其中，第一特征点为矩形框的角点；第二获取模块，用于根据每个第二特征点的图像坐标和第一转换矩阵，获取每个第二特征点的世界坐标，其中，第二特征点为标靶图像中矩形框内的一个像素点；第一执行模块，用于根据每个第三特征点的图像坐标和与每个第三特征点对应的世界坐标，确定摄像装置的参数矩阵，其中，第三特征点为所述第一特征点和所述第二特征点的集合。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种系统校准方法、装置及三维重建系统，首先，根据所述矩形框的角点的图像坐标和对应的世界坐标，获取第一转换矩阵，利用第一转换矩阵获取矩形框内其他所有像素点的图像坐标和对应的世界坐标，因此与现有的只有少量校准数据的校准方法相比，本发明能够获取大量的校准数据，其次，根据矩形框的所有像素点的图像坐标和对应的世界坐标，确定摄像装置的参数矩阵，由于有大量的校准数据，因此能够在很大程度上提高系统的校准精度。