(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211071059.0 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路 (72)发明人 齐召帅　庞靓琪　刘晓霖　郝以凤　 崔金玉　张艳宁　 (74)专利代理 机构 西安凯多 思知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61290 专利代理师 刘新琼 (51)Int.Cl. G06T 7/80(2017.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 结构光系统标定方法、 设备、 系统及存储介 质 (57)摘要 本申请实施例提供一种结构光系统标定方 法、 设备、 系统及存储介质， 涉及三维计算机视觉 和三维测量技术领域。 在本申请提供的结构光系 统标定方案中， 采用单个球体代 替了传统的标定 板， 投影仪向单个球体投影， 相机将拍摄的单个 球体和投影的图像发送至计算机设备， 从而计算 机设备利用相机采集的图像以及已知 的相机的 内部参数， 可以获得投影仪的内部参数和外部参 数， 从而实现结构光系统的标定 。 权利要求书3页 说明书11页 附图10页 CN 115546307 A 2022.12.30 CN 115546307 A 1.一种结构光系统标定方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取目标图像， 所述目标图像为相机对单个 球体拍摄得到的图像； 根据所述目标图像和所述相机的内部参数， 获取 所述相机的外 部参数； 在所述单个球体的表面与N个平面的N条交线的每条交线上， 获取M个交点， 所述N个平 面为垂直于世界坐标系的Z轴的平面， 所述世界坐标系的Z轴为根据所述单个球体的球心与 所述相机的镜 头中心确定的， N和M均为大于或等于 3的整数； 根据获取的所有交点、 所述相机的内部参数和所述相机的外部参数， 获取所述所有交 点在相机像面 坐标系中的坐标； 根据所述所有交点在所述相机像面坐标系中的坐标和相移条纹图的相位， 获得投影仪 的内部参数和外部参数， 所述相移条纹图为所述投影仪向所述单个球体投影并由所述相机 拍摄得到的图像。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述目标图像和所述相机的内部 参数， 获取 所述相机的外 部参数， 包括： 根据所述目标图像和所述相机的内部参数， 获取所述单个球体的球心在相机坐标系中 的坐标； 根据所述单个球体的球心在所述相机坐标系中的坐标， 获得所述相机的参数矩阵， 所 述参数矩阵包括所述相机的内部参数和所述相机的外 部参数； 其中， 所述相机坐标系的原点为所述相机的镜头中心， 所述相机坐标系的Z轴为所述相 机的镜头光轴， 所述相机坐标系的X轴为所述相机像面的水平方向， 所述相机坐标系的Y轴 为所述相机像面的竖直方向。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述相机的内部参数包括所述相机的镜头 焦距和所述相机的主点坐标， 所述主点坐标为所述相机的镜头光轴与所述相机像面的交点 在所述相机像面 坐标系中的坐标； 所述根据 所述目标图像和所述相机的内部参数， 获取所述单个球体的球心在相机坐标 系中的坐标， 包括： 对所述目标图像进行所述单个球体的边缘提取， 得到各个边缘点在所述相机像面坐标 系中的坐标， 并对所述各个边缘点的坐标进 行椭圆拟合， 得到包含所述各个边缘点的椭圆， 以及确定所述椭圆的中心点在所述相机像面 坐标系中的坐标和所述椭圆的长半轴的长度； 根据所述椭圆的中心点在所述相机像面坐标系中的坐标、 所述相机的镜头焦距和所述 相机的主点 坐标， 确定所述椭圆的中心点在所述相机坐标系中的坐标； 根据所述椭圆的长半轴的长度， 所述椭圆的中心点在所述相机坐标系中的坐标， 以及 所述单个 球体的半径， 确定目标比例； 将所述椭圆中心点在所述相机坐标系中的坐标与 所述目标比例的乘积， 作为所述单个 球体的球心在所述相机坐标系中的坐标。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述单个球体的半径为所述单个球体的真 实半径或为预设的虚拟半径。 5.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 根据 所述单个球体的球心在所述相机坐标 系中的坐标， 获得所述相 机的参数矩阵， 所述参数矩阵包括所述相 机的内部参数和外部参 数， 包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115546307 A 2对所述单个球体的球心在所述相机坐标系中的坐标进行归一化， 得到单位向量， 并根 据所述单位向量确定第一角度和第二角度； 根据所述第一角度， 生成所述单位向量绕所述相机坐标系的X轴的第 一旋转矩阵； 并根 据第二角度， 生成所述单位向量绕所述相机坐标系的Y轴的第二旋转矩阵； 将所述第一旋转矩阵和所述第二旋转矩阵相乘， 得到所述相机的旋转矩阵的转置矩 阵； 对所述相机的旋转矩阵的转置矩阵进行转置， 得到所述相机的旋转矩阵； 根据所述相机的内部参数、 所述相机的旋转矩阵和所述椭圆的中心点在所述相机像面 坐标系中的坐标， 生成所述相机的参数矩阵。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据获取的所有交点、 所述相机的内 部参数和所述相机的外 部参数， 获取 所述所有交点在相机像面 坐标系中的坐标， 包括： 根据所述所有交点在所述世界坐标系中的Z坐标， 以及所述相机的内部参数和所述相 机的外部参数， 确定单应性矩阵， 所述单应性矩阵为 目标向量与相 机像面坐标系中的坐标 间的变换矩阵， 所述目标向量由所述所有交点在所述世界坐标系中的X轴和Y轴坐标组成； 根据所述单应性矩阵与所述目标向量的乘积， 获取所述所有交点在所述相机像面坐标 系中的坐标。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述所有交点在所述相机像面坐 标系中的坐标和相移条纹图的相位， 获得投影仪的内部参数和外 部参数， 包括： 根据所述所有交点在所述相机像面坐标系中的坐标和所述相移条纹图的相位， 获取所 述所有交点在投影仪像面 坐标系中的坐标； 根据所述所有交点在所述世界坐标系中的坐标， 以及所述所有交点在投影仪像面坐标 系中的坐标， 获取所述投影仪的参数矩阵， 所述投影仪的参数矩阵包括所述投影仪的内部 参数和所述投影仪的外 部参数； 其中， 所述投影仪像面坐标系的原点为所述投影仪像面的主点， 所述投影仪像面坐标 系的X轴为所述投影仪像面的水平方向， 所述投影仪像面坐标系的Y轴为所述投影仪像面的 竖直方向。 8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述目标图像为在所述投影 仪向所述单个球体投影的情况下， 由所述相机拍摄得到的所述相移条纹图； 或者， 所述目标 图像为在所述投影仪未向所述单个 球体投影的情况 下， 由所述相机拍摄得到的原 始图像。 9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法， 其特 征在于， 所述世界坐标系的原点为所述单个球体的中心， 所述世界坐标系的X轴为所述相机像 面的水平方向， 所述世界坐标系的Y轴为所述相机像面的竖直方向； 所述相机像面坐标系的原点为所述相机像面的主点， 所述相机像面坐标系的X轴为所 述相机像面的水平方向， 所述相机像面 坐标系的Y轴为所述相机像面的竖直方向。 10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述相机的外部参数， 包括： 相机坐标系相对于世界坐标系的刚性变换。 11.一种计算机设备， 其特征在于， 包括处理器和处理器， 所述处理器与所述存储器耦 合， 所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序或指令， 以使得所述计算机设备 实现如权利要求1至10中任一项所述的结构光系统标定方法。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115546307 A 3