一种光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法与流程

1.本技术涉及计算机视觉领域，特别是涉及一种光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法。


背景技术：

2.随着计算机视觉技术的不断发展，光学动作捕捉系统得到了广泛的应用，光学动作捕捉系统中摄像机的标定是一个非常重要且必不可少的部分。光学动作捕捉摄像机标定的主要工作是通过多个光学动作捕捉摄像机对带有特定标记点的目标物体进行拍摄，根据空间中3d坐标和摄像机图像中的2d坐标的对应关系，进行相应的变换和计算，得到光学动作捕捉系统中各个摄像机的内部参数和外部参数。只有通过标定得到摄像机的这些参数，光学动作捕捉系统才可以将摄像机拍摄的2d图像重构出空间中的3d场景，从而实现对目标物体空间运动轨迹的捕捉与跟踪。而目前的光学动作捕捉系统中，对于光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法存在精度低、成本高的问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法存在精度低、成本高的问题，提供一种光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法，其中，光学动作捕捉摄像机的标定装置包括：静态标定部件和动态标定部件，所述静态标定部件包括静态标定框和静态反光标记点，所述静态反光标记点设置在所述静态标定框上，所述静态标定部件用于获取静态标定参数；所述动态标定部件包括动态标定框和动态反光标记点，所述动态反光标记点设置在所述动态标定框上，所述动态标定部件用于获取动态标定参数。
4.在其中一个实施例中，所述静态标定框包括第一静态标定杆和第二静态标定杆，所述第一静态标定杆的长度大于所述第二静态标定杆的长度，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆连接。
5.在其中一个实施例中，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆相互垂直连接；或者，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆通过固定板连接，所述固定板为l形，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆相互垂直连接，使得所述静态标定框为l形。
6.在其中一个实施例中，所述静态反光标记点至少为4个，至少4个所述静态反光标记点通过螺纹连接设置在所述静态标定框上，至少4个所述静态反光标记点之间的相对位置固定。
7.在其中一个实施例中，所述静态反光标记点包括第一静态反光标记点、第二静态反光标记点、第三静态反光标记点和第四静态反光标记点，所述第一静态反光标记点设置在所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆的连接处，所述第二静态反光标记点和所述第三静态反光标记点设置在所述第一静态标定杆上，所述第四静态反光标记点设置在所述第二静态标定杆上，所述第一静态反光标记点、第二静态反光标记点、第三静态反光标记点和第四静态反光标记点的相对位置固定。
8.在其中一个实施例中，所述动态标定框包括动态标定杆和握杆，所述动态标定杆长度大于所述握杆长度，所述动态标定杆和所述握杆连接。
9.在其中一个实施例中，所述动态标定杆和所述握杆相互垂直连接；或者，所述动态标定杆和所述握杆通过垂直转接头连接，所述垂直转接头为t形，所述动态标定杆和所述握杆相互垂直连接，使得所述动态标定框为t形。
10.在其中一个实施例中，所述动态反光标记点至少为3个，至少3个所述动态反光标记点通过螺纹连接设置在所述动态标定框上，至少3个所述动态反光标记点之间的相对位置固定。
11.在其中一个实施例中，所述动态反光标记点包括第一动态反光标记点、第二动态反光标记点和第三动态反光标记点，所述第一动态反光标记点和所述第三动态反光标记点设置在所述动态标定杆的两端，所述第二动态反光标记点设置在所述动态标定杆上，所述第一动态反光标记点、第二动态反光标记点和第三动态反光标记点之间的相对位置固定。
12.一种光学动作捕捉摄像机的标定方法，包括如下步骤：将所述静态标定部件放置在预定位置，调整所述光学动作捕捉摄像机参数，使得所述光学动作捕捉摄像机能够清晰拍摄到所有所述静态反光标记点，并进行静态标定，获得所述静态标定参数；将所述静态标定部件撤除，将所述动态标定部件放置在预定区域，挥动所述动态标定部件，利用所述光学动作捕捉摄像机对所述动态标定部件上的所有所述动态反光标记点进行拍摄，并进行动态标定，对所述动态反光标记点的数据进行采集，获得所述动态标定参数；对获得的所述静态标定参数和所述动态标定参数进行迭代计算，获得三维成像模型。
13.本技术提供了一种光学动作捕捉摄像机标定方法和标定装置，其中标定装置由一个静态标定部件和一个动态标定部件组成，标定方法包括静态标定和动态标定，其中，标定装置只需要简单的标定框和反光标记点即可完成制作，在标定时，利用静态标定部件，先对光学动作捕捉摄像头进行静态标定，随后用动态标定部件对光学动作捕捉摄像头进行动态标定，即可完成标定，标定装置和标定方法均简单、方便、实用，大大降低了光学动作捕捉系统中摄像机标定的复杂度，在保证高精度标定的同时，也降低了对标定场所的要求以及系统的维护成本。
附图说明
14.图1为本技术一实施例中静态标定部件结构图。
15.图2为本技术一实施例中动态标定部件结构图。
16.附图标号：
17.1000-静态标定部件；
18.1100-第一静态标定杆；
19.1101-第一静态反光标记点；
20.1102-第二静态反光标记点；
21.1103-第三静态反光标记点；
22.1200-第二静态标定杆；
23.1201-第四静态反光标记点；
24.1300-固定板；
25.1301-m6平头螺钉；
26.1302-m5平头螺钉；
27.2000-动态标定部件；
28.2100-动态标定杆；
29.2101-第一动态反光标记点；
30.2102-第二动态反光标记点；
31.2103-第三动态反光标记点；
32.2200-握杆；
33.2201-手柄；
34.2300-垂直转接头。
具体实施方式
35.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
36.在本技术的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以
是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本技术所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
41.参阅图1和图2，图1示出了本技术一实施例中静态标定部件1000的结构示意图，图2示出了本技术一实施例中动态标定部件2000的结构示意图，本技术一实施例提供的一种光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法，其中，光学动作捕捉摄像机的标定装置包括：静态标定部件1000和动态标定部件2000，所述静态标定部件1000包括静态标定框和静态反光标记点，所述静态反光标记点设置在所述静态标定框上，所述静态标定部件1000用于获取静态标定参数；所述动态标定部件2000包括动态标定框和动态反光标记点，所述动态反光标记点设置在所述动态标定框上，所述动态标定部件2000用于获取动态标定参数。
42.在该实施例中，光学动作捕捉摄像机的标定装置包括有静态标定部件1000和动态标定部件2000，其中，静态标定部件1000用于标定光学动作捕捉摄像机的静态标定参数，动态标定部件2000用于标定光学动作捕捉摄像机的动态标定参数，使用光学动作捕捉摄像机的标定装置时，先使用静态标定部件1000，获得光学动作捕捉摄像机的静态标定参数，然后使用动态标定部件2000，获得光学动作捕捉摄像机的动态标定参数。
43.在该实施例中，静态标定部件1000包括有静态标定框和静态反光标记点，其中，静态反光标记点设置在静态标定框上，光学动作捕捉摄像机在使用静态标定部件1000时，通过对静态标定框上的静态反光标记点进行标定，得出在光学动作捕捉摄像机坐标系中，静态反光标记点的数据参数。
44.在该实施例中，动态标定部件2000包括有动态标定框和动态反光标记点，其中，动态反光标记点设置在动态标定框上，光学动作捕捉摄像机在使用动态标定部件2000时，通过对动态标定框上的动态反光标记点进行标定，得出在光学动作捕捉摄像机坐标系中，动态反光标记点的数据参数。
45.在该实施例中，对光学动作捕捉摄像机坐标系中，静态反光标记点的数据参数和动态反光标记点的数据参数进行计算，即可完成光学动作捕捉摄像机的标定。
46.在其中一个实施例中，所述静态标定框包括第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200，所述第一静态标定杆1100的长度大于所述第二静态标定杆1200的长度，所述第一静态标定杆1100和所述第二静态标定杆1200连接。
47.在该实施例中，静态标定框包括有长度较长的第一静态标定杆1100和长度较短的第二静态标定杆1200，其中，第一静态标定杆1100的长度大于第二静态标定框的长度，将第一静态标定杆1100一端和第二静态标定杆1200一端连接在一起，组成了静态标定框。
48.在其中一个实施例中，所述第一静态标定杆1100和所述第二静态标定杆1200相互垂直连接；或者，所述第一静态标定杆1100和所述第二静态标定杆1200通过固定板1300连接，所述固定板1300为l形，所述第一静态标定杆1100和所述第二静态标定杆1200相互垂直连接，使得所述静态标定框为l形。
49.在该实施例中，第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200以相互垂直的位置关系连接，可选的，第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200的连接方式不做限定，可以是能够确保第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200之间保持垂直连接，并且连接之后的形状为l形的任何连接方式，比如：使用固定板1300连接、焊接、磁吸式连接等。其中，在选择
固定板1300进行连接时，连接板的形状为l形，第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200分别和固定板1300连接，第一静态标定杆1100使用m6平头螺钉1302固定在固定板1300上，第二静态标定杆1200使用m5平头螺钉1301固定在固定板1300上，使用l形固定板1300连接之后，第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200组成的静态标定框为l形。上述第一静态标定杆1100和第二静态标定杆1200皆为刚性杆。
50.在其中一个实施例中，所述静态反光标记点至少为4个，至少4个所述静态反光标记点通过螺纹连接设置在所述静态标定框上，至少4个所述静态反光标记点之间的相对位置固定。
51.在该实施例中，静态反光标记点的数量不做具体限定，可以是能够满足光学动作捕捉摄像机标定的任何不少于4个的数量；如图1所示，在一实施例中，静态反光标记点的数量为4个，其中，4个静态反光标记点按照一定几何关系设置在静态标定框上，4个静态反光标记点的相对位置固定不变。
52.在其中一个实施例中，所述静态反光标记点包括第一静态反光标记点1101、第二静态反光标记点1102、第三静态反光标记点1103和第四静态反光标记点1201，所述第一静态反光标记点1101设置在所述第一静态标定杆1100和所述第二静态标定杆1200的连接处，所述第二静态反光标记点1102和所述第三静态反光标记点1103设置在所述第一静态标定杆1100上，所述第四静态反光标记点1201设置在所述第二静态标定杆1200上，所述第一静态反光标记点1101、第二静态反光标记点1102、第三静态反光标记点1103和第四静态反光标记点1201的相对位置固定。在该实施例中，4个静态反光标记点按照上述几何关系设置在静态标定框上，其中，各个静态反光标记点的相对位置参数固定，相对位置参数用于光学动作捕捉摄像机的坐标系中进行标定。
53.在其中一个实施例中，所述动态标定框包括动态标定杆2100和握杆2200，所述动态标定杆2100长度大于所述握杆2200长度，所述动态标定杆2100和所述握杆2200连接。在该实施例中，动态标定框包括有动态标定杆2100和握杆2200，其中，动态标定杆2100和握杆2200连接，其中，握杆2200远离动态标定杆2100的位置设置有手柄2201，手柄2201用于手持。
54.在其中一个实施例中，所述动态标定杆2100和所述握杆2200相互垂直连接；或者，所述动态标定杆2100和所述握杆2200通过垂直转接头2300连接，所述垂直转接头2300为t形，所述动态标定杆2100和所述握杆2200相互垂直连接，使得所述动态标定框为t形。
55.在该实施例中，动态标定杆2100和握杆2200之间垂直连接，可选的，动态标定杆2100和握杆2200之间的连接方式不做限定，可以是能够确保动态标定杆2100和握杆2200之间保持垂直连接，并且连接后的形状为t形的任何连接方式，比如：使用垂直转接头2300连接、焊接、磁吸连接等；其中，在选择垂直转接头2300进行连接时，垂直转接头2300的形状为t形，动态标定杆2100和握杆2200分别和垂直转接头2300连接，使得动态标杆和握杆2200组成的动态标定框为t形。
56.在该实施例中，动态标定杆2100的材料选择为细碳纤维杆，握杆2200的材料选择为粗碳纤维杆，上述材料选择可以减轻动态标定框的重量，方便使用。
57.在其中一个实施例中，所述动态反光标记点至少为3个，至少3个所述动态反光标记点通过螺纹连接设置在所述动态标定框上，至少3个所述动态反光标记点之间的相对位
置固定。
58.在该实施例中，动态反光标记点的数量不做具体限定，可以是能够满足光学动作捕捉摄像机标定的任何不少于3个的数量；如图2所示，在一实施例中，动态反光标记点的数量为3个，其中，3个静态反光标记点按照一定几何关系设置在动态标定框上，3个静态反光标记点的相对位置固定不变。
59.在其中一个实施例中，所述动态反光标记点包括第一动态反光标记点2101、第二动态反光标记点2102和第三动态反光标记点2103，所述第一动态反光标记点2101和所述第三动态反光标记点2103设置在所述动态标定杆2100的两端，所述第二动态反光标记点2102设置在所述动态标定杆2100上，所述第一动态反光标记点2101、第二动态反光标记点2102和第三动态反光标记点2103之间的相对位置固定。在该实施例中，3个动态反光标记点按照上述几何关系设置在动态标定框上，其中，各个动态反光标记点的相对位置参数固定，相对位置参数用于光学动作捕捉摄像机的坐标系中进行标定。
60.一种光学动作捕捉摄像机的标定方法，包括如下步骤：将所述静态标定部件1000放置在预定位置，调整所述光学动作捕捉摄像机参数，使得所述光学动作捕捉摄像机能够清晰拍摄到所有所述静态反光标记点，并进行静态标定，获得所述静态标定参数；将所述静态标定部件1000撤除，将所述动态标定部件2000放置在预定区域，挥动所述动态标定部件2000，利用所述光学动作捕捉摄像机对所述动态标定部件2000上的所有所述动态反光标记点进行拍摄，并进行动态标定，对所述动态反光标记点的数据进行采集，获得所述动态标定参数；对获得的所述静态标定参数和所述动态标定参数进行迭代计算，获得三维成像模型。
61.在该实施例中，先将静态标定部件1000放置在场地中央；分别调整每个光学动作捕捉摄像机的角度、光圈、焦距，使得每个摄像机都能够清晰地看见静态标定框上的4个反光标记点；清除或屏蔽摄像机上看到的杂点；系统进行静态标定，计算出每个摄像机的内、外部参数初始值；完成静态标定后，撤掉场地中的静态标定部件1000；在场地中，挥动动态标定装置，光学动作捕捉摄像机对动态标定装置上的反光标记点的数据进行采集；采集到足够的数据以后，系统进行相应的迭代、优化计算，得出每个光学动作捕捉摄像机最准确的内部参数和外部参数，从而建立由摄像机2d图像重构出空间3d图像的成像模型；结束摄像机标定操作。
62.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
63.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述光学动作捕捉摄像机的标定装置包括：静态标定部件，所述静态标定部件包括静态标定框和静态反光标记点，所述静态反光标记点设置在所述静态标定框上，所述静态标定部件用于获取静态标定参数；动态标定部件，所述动态标定部件包括动态标定框和动态反光标记点，所述动态反光标记点设置在所述动态标定框上，所述动态标定部件用于获取动态标定参数。2.根据权利要求1所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述静态标定框包括第一静态标定杆和第二静态标定杆，所述第一静态标定杆的长度大于所述第二静态标定杆的长度，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆连接。3.根据权利要求2所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆相互垂直连接；或者，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆通过固定板连接，所述固定板为l形，所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆相互垂直连接，使得所述静态标定框为l形。4.根据权利要求3所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述静态反光标记点至少为4个，至少4个所述静态反光标记点通过螺纹连接设置在所述静态标定框上，至少4个所述静态反光标记点之间的相对位置固定。5.根据权利要求4所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述静态反光标记点包括第一静态反光标记点、第二静态反光标记点、第三静态反光标记点和第四静态反光标记点，所述第一静态反光标记点设置在所述第一静态标定杆和所述第二静态标定杆的连接处，所述第二静态反光标记点和所述第三静态反光标记点设置在所述第一静态标定杆上，所述第四静态反光标记点设置在所述第二静态标定杆上，所述第一静态反光标记点、第二静态反光标记点、第三静态反光标记点和第四静态反光标记点的相对位置固定。6.根据权利要求1所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述动态标定框包括动态标定杆和握杆，所述动态标定杆长度大于所述握杆长度，所述动态标定杆和所述握杆连接。7.根据权利要求6所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述动态标定杆和所述握杆相互垂直连接；或者，所述动态标定杆和所述握杆通过垂直转接头连接，所述垂直转接头为t形，所述动态标定杆和所述握杆相互垂直连接，使得所述动态标定框为t形。8.根据权利要求7所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述动态反光标记点至少为3个，至少3个所述动态反光标记点通过螺纹连接设置在所述动态标定框上，至少3个所述动态反光标记点之间的相对位置固定。9.根据权利要求8所述的光学动作捕捉摄像机的标定装置，其特征在于，所述动态反光标记点包括第一动态反光标记点、第二动态反光标记点和第三动态反光标记点，所述第一动态反光标记点和所述第三动态反光标记点设置在所述动态标定杆的两端，所述第二动态反光标记点设置在所述动态标定杆上，所述第一动态反光标记点、第二动态反光标记点和第三动态反光标记点之间的相对位置固定。10.一种光学动作捕捉摄像机的标定方法，其特征在于，基于光学动作捕捉摄像机以及权利要求1-9中任一项所述光学动作捕捉摄像机的标定装置，包括如下步骤：
将所述静态标定部件放置在预定位置，调整所述光学动作捕捉摄像机参数，使得所述光学动作捕捉摄像机能够清晰拍摄到所有所述静态反光标记点，并进行静态标定，获得所述静态标定参数；将所述静态标定部件撤除，将所述动态标定部件放置在预定区域，挥动所述动态标定部件，利用所述光学动作捕捉摄像机对所述动态标定部件上的所有所述动态反光标记点进行拍摄，并进行动态标定，对所述动态反光标记点的数据进行采集，获得所述动态标定参数；对获得的所述静态标定参数和所述动态标定参数进行迭代计算，获得三维成像模型。

技术总结
本申请涉及一种光学动作捕捉摄像机的标定装置和方法，其中，光学动作捕捉摄像机的标定装置包括：静态标定部件和动态标定部件，静态标定部件包括静态标定框和静态反光标记点，静态反光标记点设置在静态标定框上，静态标定部件用于获取静态标定参数；动态标定部件包括动态标定框和动态反光标记点，动态反光标记点设置在动态标定框上，动态标定部件用于获取动态标定参数。标定装置和标定方法均简单、方便、实用，大大降低了光学动作捕捉系统中摄像机标定的复杂度，在保证高精度标定的同时，也降低了对标定场所的要求以及系统的维护成本。了对标定场所的要求以及系统的维护成本。了对标定场所的要求以及系统的维护成本。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：北京度量科技有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/16