技术领域
[0001] 本
发明涉及相机标定技术，尤指一种相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换方法和装置。
背景技术
[0002] 图像测量过程以及
机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何
位置与其在图像中对应点之间的相互关系，需要建立相机成像的
几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数需要通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程称之为相机标定(或摄像机标定Camera calibration)。
[0003] 上述相机参数包括：
[0004] 摄像机的内参数：摄像机内参数矩阵(fx,fy,u0,v0)和畸变系数(三个径向k1,k2,k3，两个切向p1,p2)；
[0005] 摄像机的外参数：旋转向量(大小为1×3的矢量或旋转矩阵3×3)和平移向量(Tx,Ty,Tz)。
[0006] 在相机标定的过程中，需要涉及世界坐标系到相机坐标系，相机坐标系到图像坐标系的转化。
[0007] 世界坐标系(Xw,Yw,Zw)：三维世界坐标系，用以描述三维空间中物体的绝对坐标，满足右手定则；
[0008] 相机坐标系：以相机的
光心作为原点，Zc轴与相机光轴重合，并且垂直于成像平面，且取摄影方向为正方向，Xc,Yc轴与图像物理坐标系的x,y轴平行；
[0009] 图像
像素坐标系(u,v)：以图像的左上方为原点，u轴平行于图像面
水平向右，v轴垂直于u轴向下，此坐标系的单位为像素；
[0010] 图像物理坐标系(x,y)：在图像的像素坐标系的
基础之上，建立了具有实际物理意义的坐标系，该坐标系具有诸如mm的物理单位。原点为图像的中心(u0,v0)，x，y轴分别平行于像素坐标系的坐标轴。
[0011] 世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系的关系如图1所示。
[0012] 从世界坐标系转换到相机坐标系是三维空间到三维空间的转换，一般需要通过标定板完成一个平移操作和一个旋转操作来实现所述转换，但是相机的每次重新安装都需要专业人员重新标定。
发明内容
[0013] 以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制
权利要求的保护范围。
[0014] 本发明提供了一种相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换方法和装置。
[0015] 本发明提供的相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换方法，包括：
[0016] 设置参考坐标系；
[0017] 将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值；
[0018] 将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值；
[0019] 按照如下关系进行相机坐标系到世界坐标系的转换：
[0020] [Xc,Yc,Zc]*R1*R2＝[Xw,Yw,Zw]，
[0021] 其中，(Xc,Yc,Zc)为相机坐标系的坐标，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标系的坐标，[]T表示转置矩阵。
[0022] 可选的，所述参考坐标系为
支架坐标系。
[0023] 可选的，所述将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值，包括：
[0024] 通过支架固定相机的水平、垂直和倾斜
角度的方式实现将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值。
[0025] 可选的，所述将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值，包括：
[0026] 通过将支架置为水平实现将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值。
[0027] 本发明
实施例提供的相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换装置，包括：
[0028] 坐标系设置模
块，用于设置参考坐标系；
[0029] 坐标系转换模块，用于将相机坐标系与设置的参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值，将设置的参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值，按照如下关系进行相机坐标系到世界坐标系的转换：
[0030] [Xc,Yc,Zc]*R1*R2＝[Xw,Yw,Zw]，
[0031] 其中，(Xc,Yc,Zc)为相机坐标系的坐标，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标系的坐标，[]T表示转置矩阵。
[0032] 可选的，所述参考坐标系为支架坐标系。
[0033] 可选的，坐标系转换模块，用于将相机坐标系与设置的参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值，包括：
[0034] 通过支架固定相机的水平、垂直和倾斜角度的方式实现将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值。
[0035] 可选的，坐标系转换模块，用于将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值，包括：
[0036] 通过将支架置为水平实现将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值。
[0037] 本发明包括设置参考坐标系；将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值；将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值；按照[Xc,Yc,Zc]*R1*R2＝[Xw,Yw,Zw]进行相机坐标系到世界坐标系的转换，其中，(Xc,Yc,Zc)为相机坐标系的坐标，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标系的坐标，[]T表示转置矩阵，本发明避免了相机的每次重新安装均需要专业人员重新标定，提高了相机安装效率,降低了相机安装成本。
[0038] 在阅读并理解了
附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
[0039] 图1为世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系的关系示意图；
[0040] 图2为本发明实施例相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换方法
流程图；
[0041] 图3为本发明实施例相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换装置模块图。
具体实施方式
[0042] 下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0043] 在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的
计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0044] 本发明实施例提供了一种相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换方法，如图2所示，所述方法包括：
[0045] S201设置参考坐标系；
[0046] 可选的，所述设置的参考坐标系可以为支架坐标系；
[0047] 所述支架坐标指的是以支架为原点，以支架的水平方向为x轴，以支架的垂直方向为y轴，以支架的正前方为z轴；
[0048] S202将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值；
[0049] 可选的，当参考坐标系为支架坐标系时，步骤S202包括：
[0050] 通过支架固定相机的水平、垂直和倾斜角度的方式实现将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值；
[0051] S203将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值；
[0052] 可选的，当参考坐标系为支架坐标系时，步骤S203包括：
[0053] 通过将支架置为水平实现将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值；
[0054] 所述支架可以安装在垂直墙面、垂直墙角上；
[0055] 当支架安装在垂直墙面时，支架的一个面与墙面水平，这固定了支架坐标系的z轴和世界坐标系的夹角；另外支架还有水平仪，当水平仪水平时，支架坐标系的x轴、y轴和世界坐标系的夹角也是固定的，从而确保R2是固定的；
[0056] 当支架安装在垂直墙角时，支架有两个面与墙面水平，并且这两个面是垂直关系；支架坐标系与世界坐标系的x、y、z轴的夹角是固定的，从而确保R2是固定的；
[0057] S204按照如下关系进行相机坐标系到世界坐标系的转换：
[0058] [Xc,Yc,Zc]*R1*R2＝[Xw,Yw,Zw]，
[0059] 其中，(Xc,Yc,Zc)为相机坐标系的坐标，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标系的坐标，[]T表示转置矩阵；
[0060] 从相机坐标系转换到世界坐标系需用旋转矩阵R和平移矩阵T作为转换参数，旋转矩阵R表示两个垂直坐标系各坐标轴间的旋转关系，平移矩阵T表示两个坐标系原点间的平移关系，在本实施例中，平移矩阵的作用不明显，可以假设相机坐标系和世界坐标系的原点重合，即T＝[0,0,0]T。
[0061] 上述实施例中，当R1和R2均是定值后，相机坐标系和世界坐标系的对应关系是固定的，因此每次重新安装后，均可按照所述固定关系进行坐标系转换，避免了相机的每次重新安装均需要专业人员重新标定，提高了相机安装效率,降低了相机安装成本。
[0062] 本发明实施例提供了一种相机标定中相机坐标系到世界坐标系的转换装置，如图3所示，所述装置包括：
[0063] 坐标系设置模块，用于设置参考坐标系；
[0064] 坐标系转换模块，用于将相机坐标系与设置的参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值，将设置的参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值，按照如下关系进行相机坐标系到世界坐标系的转换：
[0065] [Xc,Yc,Zc]*R1*R2＝[Xw,Yw,Zw]，
[0066] 其中，(Xc,Yc,Zc)为相机坐标系的坐标，(Xw,Yw,Zw)为世界坐标系的坐标，[]T表示转置矩阵；
[0067] 在一个可选实施例中，所述参考坐标系为支架坐标系；
[0068] 所述支架坐标指的是以支架为原点，以支架的水平方向为x轴，以支架的垂直方向为y轴，以支架的正前方为z轴；
[0069] 可选的，当参考坐标系为支架坐标系时，坐标系转换模块，用于将相机坐标系与设置的参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值，包括：
[0070] 通过支架固定相机的水平、垂直和倾斜角度的方式实现将相机坐标系与所述参考坐标系的旋转矩阵R1置为固定值；
[0071] 可选的，当参考坐标系为支架坐标系时，坐标系转换模块，用于将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值，包括：
[0072] 通过将支架置为水平实现将所述参考坐标系与世界坐标系的旋转矩阵R2置为固定值；
[0073] 从相机坐标系转换到世界坐标系需用旋转矩阵R和平移矩阵T作为转换参数，旋转矩阵R表示两个垂直坐标系各坐标轴间的旋转关系，平移矩阵T表示两个坐标系原点间的平移关系，在本实施例中，平移矩阵的作用不明显，可以假设相机坐标系和世界坐标系的原点重合，即T＝[0,0,0]T。
[0074] 上述实施例中，当R1和R2均是定值后，相机坐标系和世界坐标系的对应关系是固定的，因此每次重新安装后，均可按照所述固定关系进行坐标系转换，避免了相机的每次重新安装均需要专业人员重新标定，提高了相机安装效率,降低了相机安装成本。
[0075] 本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为
软件、
固件、
硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理单元的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字
信号处理器或
微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成
电路，如
专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他
存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机
访问的任何其他的介质。此外，本领域技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0076] 虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的
修改与变化，但本发明的
专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
