[發(fā)明專利]一種RGB-D相機(jī)的外部參數(shù)獲得及標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810928088.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN109272555B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋煥生;鄭寶峰;楊露;張文濤;潘強(qiáng);嚴(yán)騰;張向清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)安大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 張明

本發(fā)明公開了一種RGB?D相機(jī)的外部參數(shù)獲得及標(biāo)定方法，所述的外部參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)矩陣R以及平移矩陣T，通過(guò)采集含有標(biāo)定板和地平面的圖像獲得RGB?D相機(jī)的外部參數(shù)，該方法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型求解得出相機(jī)外參，即可以實(shí)現(xiàn)相機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系求解；該方法操作靈活，可以實(shí)現(xiàn)高精度、非現(xiàn)場(chǎng)的相機(jī)自動(dòng)標(biāo)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相機(jī)標(biāo)定方法，具體涉及一種RGB-D相機(jī)的外部參數(shù) 獲得及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

在圖像測(cè)量過(guò)程以及機(jī)器視覺應(yīng)用中，為確定空間物體表面某點(diǎn) 的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，必須建立相機(jī) 成像的幾何模型，這些幾何模型參數(shù)就是相機(jī)參數(shù)。在大多數(shù)條件下 這些參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)求解參數(shù)的過(guò)程就稱之 為相機(jī)標(biāo)定。相機(jī)標(biāo)定時(shí)，相機(jī)的參數(shù)包括外部參數(shù)以及內(nèi)部參數(shù)， 其中外部參數(shù)需要依靠采集標(biāo)定圖像的方式獲得，一般相機(jī)的內(nèi)部參 數(shù)是與相機(jī)自身特性相關(guān)的參數(shù)，比如相機(jī)的焦距、像素大小等，生 產(chǎn)廠家會(huì)提供這些參數(shù)，因此一般相機(jī)標(biāo)定時(shí)，尤其是RGB-D相機(jī)僅 需對(duì)外部參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)定。

RGB-D相機(jī)是指彩色-深度相機(jī)，RGB-D相機(jī)包括了兩套成像系 統(tǒng)，分別是彩色相機(jī)和深度相機(jī)，因此RGB-D相機(jī)采集到的RGB-D圖 像是兩幅圖像：一個(gè)是普通的RGB三通道彩色圖像，另一個(gè)是深度圖 像。深度圖像類似于灰度圖像，只是它的每個(gè)像素值是傳感器距離物 體的實(shí)際距離，彩色圖像和深度圖像是配準(zhǔn)的，因而像素點(diǎn)之間具有 一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，目前現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)RGB-D相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，大都 是對(duì)彩色相機(jī)和深度相機(jī)分開進(jìn)行標(biāo)定，這種標(biāo)定方法操作較為復(fù) 雜，不符合工程需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種RGB-D相機(jī)的外部參數(shù)獲得及標(biāo)定 方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的RGB-D相機(jī)標(biāo)定方法操作復(fù)雜，不符合 工程需求的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種RGB-D相機(jī)的外部參數(shù)獲得方法，所述的外部參數(shù)包括旋轉(zhuǎn) 矩陣R以及平移矩陣T，通過(guò)采集標(biāo)定板的圖像獲得RGB-D相機(jī)的外 部參數(shù)，所述的方法包括：

步驟1、在空間設(shè)置標(biāo)定板，所述的標(biāo)定板平行于地平面放置； 利用RGB-D相機(jī)采集標(biāo)定板和地平面的二維圖像以及所述二維圖像 中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟2、根據(jù)所述二維圖像以及所述二維圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得二維圖像中標(biāo)定板平面的方程：

a₀x+a₁y-z+a₂＝0 式I

其中，a₀,a₁,a₂均為常數(shù)，a₀≠0,a₁≠0；

步驟3、采用式II獲得旋轉(zhuǎn)矩陣R：

其中，θ為二維圖像中標(biāo)定板平面法向量與二維圖像中地平面法 向量之間的夾角，

步驟4、利用所述的旋轉(zhuǎn)矩陣R以所述二維圖像的原點(diǎn)為圓心將 所述的二維圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得平移矩陣T：

其中，h為旋轉(zhuǎn)后的二維圖像中標(biāo)定板平面與地平面之間的垂直 距離。

進(jìn)一步地，所述的標(biāo)定板為棋盤格標(biāo)定板。

進(jìn)一步地，所述的步驟2、根據(jù)所述二維圖像以及所述二維圖像 中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得二維圖像中標(biāo)定板平面的方 程時(shí)，通過(guò)在所述的二維圖像中的標(biāo)定板上隨機(jī)選擇至少三個(gè)點(diǎn)，采 用最小二乘法獲得二維圖像中標(biāo)定板平面的方程。

一種RGB-D相機(jī)的標(biāo)定方法，包括：