[發(fā)明專利]一種三維掃描系統(tǒng)參數(shù)標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710445013.3
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107133989B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洪宇;呂源治;沙歐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發(fā)明公開了一種三維掃描系統(tǒng)參數(shù)標定方法，包括：從由三維掃描系統(tǒng)拍攝獲得的標定物不同角度的多組標定物圖像中，獲取標定點數(shù)據(jù)；基于獲得的標定點數(shù)據(jù)對三維掃描系統(tǒng)的各個相機的參數(shù)分別進行初步標定，得到初步標定結(jié)果；基于初步標定結(jié)果，獲得三維掃描系統(tǒng)中第一相機與第二相機之間進行位置坐標變換的變換關(guān)系；基于第一相機和第二相機的初步標定結(jié)果以及變換關(guān)系，對第一相機、第二相機的參數(shù)進行迭代運算，獲得三維掃描系統(tǒng)的最終參數(shù)結(jié)果。本發(fā)明三維掃描系統(tǒng)參數(shù)標定方法，在對各單個相機進行初步標定后，從系統(tǒng)角度出發(fā)對標定參數(shù)進行全局優(yōu)化，使獲得的參數(shù)標定結(jié)果針對于系統(tǒng)精度更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機視覺技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三維掃描系統(tǒng)參數(shù)標定方法。

背景技術(shù)

長久以來，對真實物體幾何尺寸的精確測量主要采用依賴于游標卡尺、千分尺、角度尺等測量工具的接觸式人工測量方式，而這種測量方式無法測量形狀不規(guī)則的物體表面，并且對于文物古跡等要求非接觸的測量對象也存在技術(shù)瓶頸。

隨著計算機視覺技術(shù)的發(fā)展以及新技術(shù)新需求的驅(qū)動，三維掃描系統(tǒng)成為非接觸式測量的重要手段，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的輔助制造與檢驗、醫(yī)療領(lǐng)域的手術(shù)定位與康復(fù)、游戲娛樂領(lǐng)域的實景建模與仿真以及考古領(lǐng)域的遺址保護與復(fù)原等。

三維掃描系統(tǒng)工作過程主要包括數(shù)據(jù)采集和三維模型重構(gòu)兩部分，三維掃描儀由結(jié)構(gòu)光光源和雙目相機組成，在數(shù)據(jù)采集過程中，當(dāng)掃描對象將結(jié)構(gòu)光光線反射進互成一定夾角的雙目相機中時，便可得到掃描對象的一組立體圖像。隨著三維掃描儀位置的不斷變化，立體圖像的數(shù)量不斷增多，這些立體圖像分別記錄了掃描對象不同位置、不同角度的圖像信息，進一步利用依次獲得的多組立體圖像，依據(jù)三角測量原理，構(gòu)建出三維模型。

三維掃描系統(tǒng)在進行三維模型重構(gòu)時，涉及的首要關(guān)鍵問題就是三維掃描系統(tǒng)的標定問題，即如何獲得三維掃描系統(tǒng)中相機的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，以實現(xiàn)基于相機內(nèi)部、外部參數(shù)的三角測量原理，進而完成三維模型重構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)中，采用的眾多標定方法只針對三維掃描系統(tǒng)中的單個相機自身進行，比如利用張正友標定法實現(xiàn)相機內(nèi)、外參數(shù)的標定，但獲得的標定參數(shù)相對于系統(tǒng)整體來說精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種三維掃描系統(tǒng)參數(shù)標定方法，在對各單個相機進行初步標定后，從系統(tǒng)角度出發(fā)對標定參數(shù)進行全局優(yōu)化，使獲得的參數(shù)標定結(jié)果針對于系統(tǒng)精度更高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種三維掃描系統(tǒng)參數(shù)標定方法，包括：

從由三維掃描系統(tǒng)拍攝獲得的標定物不同角度的多組標定物圖像中，獲取標定點數(shù)據(jù)；

基于獲得的所述標定點數(shù)據(jù)對所述三維掃描系統(tǒng)的各個相機的參數(shù)分別進行初步標定，得到初步標定結(jié)果；

基于所述初步標定結(jié)果，獲得所述三維掃描系統(tǒng)中第一相機與第二相機之間進行位置坐標變換的變換關(guān)系；

基于所述第一相機和所述第二相機的初步標定結(jié)果以及所述變換關(guān)系，對所述第一相機、所述第二相機的參數(shù)進行迭代運算，獲得所述三維掃描系統(tǒng)的最終參數(shù)結(jié)果。

可選地，所述獲取標定點數(shù)據(jù)包括：

以標定物建立世界坐標系，以所述標定物上設(shè)置的標定點的空間坐標作為所述標定點的世界坐標；

從所述標定物圖像中識別出所述標定點，并提取所述標定點的像素坐標；

以所述標定點的世界坐標和像素坐標的組合，作為所述標定點的標定點數(shù)據(jù)。

可選地，基于獲得的所述標定點數(shù)據(jù)對所述三維掃描系統(tǒng)單個相機的參數(shù)進行初步標定，得到初步標定結(jié)果包括：