[發明專利]校準裝置、校準方法、光學裝置、攝影裝置、投影裝置、測量系統以及測量方法

有效

• 申請號: 201580061447.2
• 申請日: 2015-11-12
• 公開（公告）號: CN107003109B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 松澤聰明
• 申請（專利權）人: 奧林巴斯株式會社
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

以短時間且高精度地求出攝像機參數為目的，本發明所涉及的校準裝置(1)是具備二維的圖像變換元件和光學系統的光學裝置(2)的校準裝置(1)，其中，該二維的圖像變換元件具有多個像素，該光學系統在圖像變換元件與三維的世界坐標空間之間形成成像關系，該校準裝置具備：校準數據獲取部(8)，其獲取表示圖像變換元件的二維的像素坐標與世界坐標空間的三維的世界坐標之間的對應關系的校準數據；以及參數計算部(7)，其對由校準數據獲取部(8)獲取到的校準數據應用攝像機模型來計算攝像機模型的參數，該攝像機模型是將三維的世界坐標中的兩個坐標值表示為其余一個世界坐標的坐標值和二維的像素坐標的兩個坐標值的函數的模型。

技術領域

本發明涉及一種校準裝置、校準方法、光學裝置、攝影裝置、投影裝置、測量系統以及測量方法。

背景技術

以往，公知一種進行攝影裝置、投影裝置的攝像機校準的校準裝置(例如參照專利文獻1)。攝像機模型包括多個未知的參數(攝像機參數)，通過事先利用校準裝置求出這些攝像機參數，能夠以數學方式獲得與圖像的二維坐標對應的現實世界的逆投影直線。

在此，對專利文獻1和非專利文獻1中公開的以往的攝像機校準進行說明。使用數學方式的攝像機模型通過以下的過程來進行攝像機校準，該數學方式的攝像機模型表現了利用攝像機拍攝現實世界的三維坐標來將其變換為圖像的二維坐標的過程。首先，使用數式1將現實世界的三維坐標(以下，稱為世界坐標)(x，y，z)投影成歸一化圖像平面坐標(u_p，v_p)。

[數式1]

[數式2]

其中，數式2的旋轉矩陣R和平移向量T表示從世界坐標向攝像機坐標的三維的坐標變換。這些數據是表示攝像機的相對于世界坐標的位置和姿勢的值，被稱為外部參數。

此外，數式1是基于所有的逆投影直線在攝像機的光學中心處相交這一設想的式子。接著，使用數式3求出對歸一化圖像平面坐標(u_p，v_p)施加畸變像差后的(u_d，v_d)。

[數式3]

其中，(g₁、g₂、g₃、g₄、k₁)是畸變參數。并且，使用數式4將施加畸變像差而得到的歸一化圖像平面坐標(u_d，v_d)變換為像素單位的像素坐標(u，v)。

[數式4]

像這樣用數式1至數式4來表示從攝像機的攝像得到的世界坐標(x，y，z)向像素坐標(u，v)的變換的模型是標準的攝像機模型。此外，數式3和數式4的參數(α_u、α_v、u₀、v₀、g₁、g₂、g₃、g₄、k₁)表示攝像機自身的性質，因此被稱為內部參數。

關于畸變參數，根據用途進行各種各樣的定義。例如，數式3是考慮到3階的畸變像差的模型，但是還能夠使用追加了5階、7階……之類高階的項的模型。其中，代表性的畸變模型為數式5所示的非專利文獻2的布朗模型。

[數式5]

其中r_p²＝u_p²+v_p²