基于投影仪和摄像机的结构光视觉标定方法

为实现基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统连续扫描,需要计算投影仪投影的任意光平面与摄像机图像平面的空间位置关系,进而需要求取摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系。求取摄像机的内参数,在标定板上选取四个角点作为特征点并利用摄像机内参数求取该四个特征点的外参数,从而知道四个特征点在摄像机坐标系中的坐标。利用投影仪自身参数求解特征点在投影仪坐标系中的坐标,从而计算出摄像机光心与投影仪光心之间的相对位置关系,实现结构光视觉标定。利用标定后的视觉系统,对标定板上的角点距离进行测量,最大相对误差为0.277%,表明该标定算法可以应用于基于投影仪和摄像机的结构光视觉系统。     

The Visual Computing of Projector‐Camera Systems

This article focuses on real‐time image correction techniques that enable projector‐camera systems to display images onto screens that are not optimized for projections, such as geometrically complex, coloured and textured surfaces. It reviews hardware‐accelerated methods like pixel‐precise geometric warping, radiometric compensation, multi‐focal projection and the correction of general light modulation effects. Online and offline calibration as well as invisible coding methods are explained. Novel attempts in super‐resolution, high‐dynamic range and high‐speed projection are discussed. These techniques open a variety of new applications for projection displays. Some of them will also be presented in this report.     

基于二值几何编码图案的高精度结构光系统参数标定方法研究

该文提出了一种基于空间编码图案的结构光系统参数标定方法。与传统的基于棋盘格图案标 定策略不同的是,该文采用结构光编码图案实现了系统的高精度标定,具体实施步骤包括：(1)根据编码图案的几何分布特性提出了一种编码特征点检测算子,基于检测出的编码特征点构建拓扑结构,利 用仿射变换原理及双线性插值算法提取出编码几何元素图像;(2)将几何元素识别转化为监督分类问题,通过采集大量训练样本训练卷积神经网络,实现编码元素的准确识别和解码过程;(3)利用射影变 换原理建立相机像平面与投影机像平面之间的对应关系,利用此对应关系将标定板上棋盘格角点在相机像平面上的坐标转换至投影机像平面,最终实现了对相机和投影仪内外部参数的同时标定。标定结果显示,该方法对投影仪的标定重投影误差不超过 0.3 像素;三维重建实验结果显示,与传统标定方法相比,该文方法能够显著提升系统的标定和三维重建精度。     

结构光测量系统的投影仪标定方法研究

传统单目视觉结构光测量系统通过解相位间接计算被测物的高度信息,系统约束性过强、不易操作、且标定精度较低.将双目立体视觉原理引入单目结构光视觉测量系统,根据投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,将投影仪当作一个逆向的相机,建立了投影仪模型,使用成熟的相机标定算法对投影仪进行标定.再配合四步相移法和基于多频外差原理的时域相位展开法,实现条纹图像的快速精确解相位.相对于传统的单目视觉结构光测量系统,本方法具有单目视觉系统操作简单、鲁棒性强的特点,同时也可以达到双目视觉测量的精度.实验结果表明,这种方法的投影仪标定精度达到了实际应用的要求.     

基于共线点的镜头畸变校正方法

为实现未知摄像机参数的镜头畸变校正,提出了一种先标定畸变中心、再标定畸变系数的方法。先在镜头的不同焦距处对靶标成两次像,利用相同靶标点在两幅图像中的相对位置关系求解畸变中心;再根据直线的透视投影不变性,通过变步长的最优化方法搜索畸变系数。模拟实验表明,在靶标点数为25,噪声水平为0.2像素时,畸变中心的平均误差为(0.2243,0.1636)像素,畸变系数误差为0.28%。真实图像实验表明,用该方法得到的畸变中心和畸变系数能够很好地校正图像。该方法不需要标定摄像机的内外部参数,也无需知道直线网格的世界坐标,简便易行。     

基于空间透视不变量的摄象机标定方法

本文给出了一种以空间不变量的数据来计算摄象机外部参数的方法．空间透视不变量是指在几何变换中如投影或改变观察点时保持不变的形状描述．由于它可以得到一个相对于外界来讲独立的物体景物的特征描述，故可以很广泛的应用到计算机视觉等方面．摄象机标定是确定摄象机摄取的２Ｄ图象信息及其３Ｄ实际景物的信息之间的变换关系，它包括内部参数和外部参数两个部分．内部参数表征的是摄象机的内部特征和光学特征参数，包括图象中心（Ｃｘ，Ｃｙ）坐标、图象尺度因子Ｓｘ、有效的焦距长度ｆ和透镜的畸变失真系数Ｋ；外部参数表示的是摄象机的位置和方向在世界坐标中的坐标参数，它包括平移矩阵Ｔ和旋转矩阵Ｒ３×３，一般情况下可以写成一个扩展矩阵［ＲＴ］３×４．本文基于空间透视不变量的计算数据，给出了一种标定摄象机外部参数的方法，实验结果表明该方法具有很强的鲁棒性．     

基于面结构光的机械工件三维扫描系统设计

针对工业机器人对自动化装配过程生产效率的提高以及工件拾取对三维扫描技术的应用需求,设计了能够准确提取机械工件表面点云的视觉系统。扫描系统主要由计算机、投影仪和工业相机构成。基于光学测量和机器视觉的原理,主要研究设计了扫描系统工业相机和投影仪的标定策略、结构光栅编码解码的检测策略以及点云重构的几何策略。对于机械工件三维扫描重构的多余背景平面点云,研究设计了通过随机选取点云并反复迭代构造背景平面实现分割的有效方法。实验结果表明采用面结构光技术,由投影仪投影不同频率的结构光栅在机械工件上,工业相机同步采集被机械工件调制的结构光栅图像,对图像中的光栅条纹进行提取并计算,并利用三角检测算法提取机械工件表面点云的方案具有高准确性,能够有效重构机械工件表面点云。     

一种基于DLT模型和圆环点改正的摄像机定标方法

提出一种基于DLT(直接线性变换)模型和圆环点改正的摄像机定标方法.运用计算机视觉原理,通过三维DLT平面模板模型平移对摄像机进行定标,并在模板上设计一个圆环,使用圆环上的点进行定标参数改进.实验数据证明,定标方法是有效的.     

一种基于非量测畸变校正的摄像机标定方法

设计一种基于非量测畸变校正的摄像机标定方法.该方法利用单参数除式模型校正镜头畸变,根据直线透视投影保留同素性,通过拉凡格氏法（LM）优化标定出畸变模型系数和摄像机主点坐标,然后校正成像点,使其满足针孔模型映射关系.根据内参数的两个基本方程,线性求解剩余参数.实验表明,该方法在非量测标定过程具有较好的鲁棒性,且对比张正友标定方法,可在单幅标靶图像下进行标定,避免了模型内外参数耦合在一起,提高了标定效率.     

无人机遥感图像几何畸变校正全过程控制方法研究

几何畸变是一种常见的像素点突变行为,在无人机遥感图像中,像素点几何畸变行为的表现能力越强,遥感主机对无人机图像的控制能力越弱。为准确校正像素点几何畸变行为,提升遥感主机对无人机图像的控制能力,针对无人机遥感图像几何畸变校正全过程控制方法展开研究。提取无人机遥感图像的几何描述符,并定义畸变像素点的尺度空间,完成对畸变像素点的配准处理。针对几何畸变像素点实施重采样,通过计算畸变校正参数的方式,求解校正处理函数,实现对无人机遥感图像几何畸变的校正。利用畸变校正交点,确定图像几何畸变区域的覆盖范围,再联合控制对象标定条件,完成对无人机遥感图像几何畸变校正的全过程控制。实验结果表明,所提控制方法的应用,可以避免几何畸变节点处的像素值出现明显变化的情况,畸变前后的像素差不超过5.0pt,能够实现对无人机遥感图像中像素点几何畸变行为的精准校正,符合实际应用需求。     

高精密齿轮角度偏差的智能视觉校对仿真

传统方法在进行齿轮角度偏差校对时,未构建齿轮三维重建模型,存在高精密齿轮角度校对准确率较低、校对时间过长问题.提出高精密齿轮角度偏差的智能视觉校对仿真方法,有效解决以上问题.通过白光干涉仪提取高精密齿轮实际齿面轮廓角度偏差特征信号,获取齿轮实际齿面轮廓角度偏差信号数据,其中角度偏差信号数据包括波高偏差数据与波距偏差数据...     

Computing camera parameters using vanishing-line information from a rectangular parallelepiped

A new approach to camera calibration using vanishing line information for three-dimensional computer vision is proposed. Calibrated parameters include the orientation, the position, the focal length, and the image plane center of a camera. A rectangular parallelepiped is employed as the calibration target to generate three principal vanishing points and then three vanishing lines from the projected image of the parallelepiped. Only a monocular image is required for solving these camera parameters. It is shown that the image plane center is the orthocenter of a triangle formed by the three vanishing lines. From the slopes of the vanishing lines the camera orientation parameters can be determined. The focal length can be computed by the area of the triangle. The camera position parameters can then be calibrated by using related geometric projective relationships. The derived results show the geometric meanings of these camera parameters. The calibration formulas are analytic and simple to compute. Experimental results show the feasibility of the proposed approach for a practical application—autonomous land vehicle guidance.This work was supported by National Science Council, Republic of China under Grant NSC-77-0404-E-009-31.     

基于图像平面的畸变校正方法

针对图像液位检测系统中摄像头引入的图像畸变,提出一种基于图像平面的校正方法。使用虚拟的标准校正图代替实际图,通过二阶径向模型的反复迭代求取畸变系数,利用双线性插值对输出像素点灰度进行插补。实验结果表明,该方法的校正误差小于0.35个像素点,能有效提高视频检测精度。     

针对多投影仪显示墙画面校正的图像对准技术

针对多投影仪显示墙画面校正问题中相机与投影仪间图像对准问题,提出一种基于自适应细分网格的稀疏对应点加密方法,可以得到任意光滑屏幕上投影图像与相机图像间的像素级对应关系。该方法利用改进的自适应4点插值细分曲线思想构造细分网格方法,可以将投影仪图像与相机图像间稀疏对应点网格加密到任意精度,从而建立从相机到投影仪图像间的像素级一一映射关系,为多投影仪显示墙系统的几何和色彩校正提供精确的图像对准基础。与现有算法的对比分析和虚拟机场塔台仿真系统中的实际应用表明,该方法具有较高的图像对准精度,并且无显式的需求投影仪、投影屏幕和相机的内部参数。     

The auto‐geometric correction of multi‐projector for cylindrical surface using Bézier patches

Geometric calibration to projection images is an indispensable operation for projection‐based spatial display. In this paper, we propose a new method for correcting images generated in a computer onto a cylindrical surface accurately, which can project a high‐resolution projection image with pixels matching avoiding too much manual operation. Images waiting to be projected are pre‐warped according to the rough correspondence between projectors and physical surface. To solve the errors resulting from unexpected pixel shifts in overlap projection area, we fit the Bézier interpolation to the images and apply the optimization theory with added constraints to correct the projection image accurately. This optimization process, by taking the pixels with specific significance on the images as the basis of calculation, avoids the traditional ways of translating the control points of the Bézier surface directly. The final results achieve a completely accurate projection picture even if the projection surface shape is inaccurate and irregular. We present the details of the proposed accurate calibration algorithm and illustrate our method, which, with its scalability, can achieve perfect projection efficiently and accurately with experiments.     

视觉巡线机器人中的摄像头图像透视校正方法

文章根据摄像机光学镜头的成像原理,推导了应用于视觉巡线机器人中的摄像头图像校正变换公式,给出了一种只需测量拍摄面与地面的夹角、拍摄高度、图像底边实际长度和图像纵向实际长度四个关键参数即可进行图像校正的方法,而无需在现场布置标定点。实验表明此算法用于校正视觉巡线机器人获取的路面图像时能准确还原拍摄路面应有的形状,得到了预期的结果。     

基于平面的便携式结构光系统柔性标定方法

对于便携式结构光系统, 该系统必须适合方便使用. 因此, 针对该系统的标定方法也必须采用方便且便宜的设备, 诸如具有两个或三个正交平面或者需要额外固定措施的一些设备则不宜采用. 同时针对快速三维获取的目的, 应该采用估计便携式结构光系统投影矩阵的方法. 本文针对便携式结构光系统的上述应用需求, 提出了一种基于平面的便携式结构光系统柔性标定方法. 该方法需要一个标定模板和一个参考模板. 标定模板被固定在一个平面上, 而参考模板则通过LCD投影仪被投射到该平面上. 通过交比和极几何约束, 可以获得分别对投影仪和相机的世界坐标系和图像坐标系的点对应坐标. 通过这些点对应坐标, 即可完成整个系统的标定. 实验结果表明该方法具有很高的准确性和鲁棒性．     

Image correction based on homography in stereoscopic projection display

Abstract— Stereoscopic and autostereoscopic projection‐display systems use projector arrays to present stereoscopic images, and each projector casts one parallax image of a stereoscopic scene. Because of the position shift of the projectors, the parallax images have geometric deformation, which influences the quality of the displayed stereoscopic images. In order to solve this problem, a method based on homography is proposed. The parallax images are pre‐transformed before they are projected, and then the stereoscopic images without geometric distortion can be obtained. An autostereoscopic projection‐display system is developed to present the images with and without calibration. Experimental results show that this method works effectively.     

Flexible calibration of structured-light systems projecting point patterns

Structured-light systems (SLSs) are widely used in active stereo vision to perform 3D modelling of a surface of interest. We propose a flexible method to calibrate SLSs projecting point patterns. The method is flexible in two respects. First, the calibration is independent of the number of points and their spatial distribution inside the pattern. Second, no positioning device is required since the projector geometry is determined in the camera coordinate system based on unknown positions of the calibration board. The projector optical center is estimated together with the 3D rays originating from the projector using a numerical optimization procedure. We study the 3D point reconstruction accuracy for two SLSs involving a laser based projector and a pico-projector, respectively, and for three point patterns. We finally illustrate the potential of our active vision system for a medical endoscopy application where a 3D cartography of the inspected organ (a large field of view surface also including image textures) can be reconstructed from a video acquisition using the laser based SLS.     

一种基于TOF相机与CCD相机的联合标定算法研究

针对基于Time-of-Flight(TOF)相机的彩色目标三维重建需标定CCD相机与TOF相机联合系统的几何参数,在研究现有的基于彩色图像和TOF深度图像标定算法的基础上,提出了一种基于平面棋盘模板的标定方法。拍摄了固定在平面标定模板上的彩色棋盘图案在不同角度下的彩色图像和振幅图像,改进了Harris角点提取,根据棋盘格上角点与虚拟像点的共轭关系,建立了相机标定系统模型,利用Levenberg-Marquardt算法求解,进行了标定实验。获取了TOF与CCD相机内参数,并利用像平面之间的位姿关系估计两相机坐标系的相对姿态,最后进行联合优化,获取了相机之间的旋转矩阵与平移向量。实验结果表明,提出的算法优化了求解过程,提高了标定效率,能够获得较高的精度。