一种rgb-d图像获取方法
【专利摘要】本发明公开一种RGB-D图像获取方法，首先对深度相机进行标定，获得深度相机的内参数Ad、外参数[Rd|Td]，对彩色相机进行标定，获得彩色相机的内参数Ac、外参数[Rc|Tc]，计算彩色相机相机坐标系下的深度相机的相对外参数[Rr|Tr]；然后分别通过深度相机和彩色相机获得同一景物的深度图像与彩色图像，利用获得的Ad、Ac、[Rr|Tr]，基于针孔相机模型将深度图像上的点投影至彩色图像上，进行深度图像与彩色图像的配准，获得配准后的RGB-D图像。本发明对室外环境下RGB-D图像的获取具有较好的实用价值。
【专利说明】_种RGB-D图像获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像获取【技术领域】，特别是一种用于获取室外环境下RGB-D图像的技 术。
【背景技术】
[0002] 人类已经进入了信息时代，信息时代的典型特征是利用传感器感知环境数据并送 到控制中心集中处理，产生有用的决策控制信息。传感器技术的不断发展为感知环境提供 了更加精确、更加多样的数据。相机是日常生活中非常常见的一类传感器，它的出现给人 们的生活带来了不少的乐趣，如拍照记录精彩瞬间，制作视频短片等。在计算机、人工智能 和机器视觉等技术不断地发展和革新的背景下，相机获取的图像的价值显得越来越大，基 于图像的应用也越来越多。典型的应用即是将相机安装在机器人上，不断地获取环境图像， 再利用计算机视觉的算法对其进行处理，使得机器人可以像人一样拥有眼睛去观察周围环 境。
[0003] 普通的彩色相机均是被动地接收物体发出的光，然后在其图像平面上成像。这种 原理下获得的图像容易受光照、阴影、拍摄角度等外在因素的影响，当前的计算机视觉算法 对于这种图像的处理并不鲁棒，因此其应用也相应地受到了限制。深度相机借助其自身发 出的光，可以主动地感知物体的距离信息，其成像受光照、阴影和拍摄角度的影响较小。近 年来，一种同时获取场景内物体的颜色信息与物体的距离信息的新型传感方式（即获取 RGB-D图像）受到了计算机视觉领域的研宄人员的广泛关注。
[0004] 然而，目前大部分获取RGB-D图像的方法均是利用Kinect传感器。但是Kinect 传感器本身有两方面应用限制：首先，它的应用场景限于室内环境，在室外环境下，由于光 强等因素的影响其成像质量非常差，无法使用；其次，它的测距范围非常小，目前市面上 Kinect的有效测距范围为2. 5米，因此其对于要求更长测距距离的应用非常受限。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决目前的RGB-D图像获取方法不适用室外环境的问题，提出一种 RGB-D图像的获取方法，通过株度相机和彩色相机来获得RGB-D图像，在室外环境下可获取 高质量的RGB-D图像，并有良好的测距范围。
[0006] 本发明的一种RGB-D图像获取方法，包括步骤如下：
[0007] 步骤Sl :对深度相机进行标定，获得深度相机的内参数Ad、外参数[Rd|Td]，对彩色 相机进行标定，获得彩色相机的内参数A。、外参数[R。I TJ，计算彩色相机相机坐标系下的深 度相机的相对外参数[R」TJ ;
[0008] 步骤S2 :分别通过深度相机和彩色相机获得同一景物的深度图像与彩色图像，利 用获得的Ad、A。、[R」TJ，基于针孔相机模型将深度图像上的点投影至彩色图像上，进行深 度图像与彩色图像的配准，获得配准后的RGB-D图像。
[0009] 优选的，计算彩色相机相机坐标系下的深度相机的相对外参数[R」TJ的计算公 式为
【权利要求】
1. 一种RGB-D图像获取方法，其特征在于，包括步骤如下： 步骤Sl:对深度相机进行标定，获得深度相机的内参数Ad、外参数[Rd|Td]，对彩色相机 进行标定，获得彩色相机的内参数A。、外参数[R。ITJ，计算彩色相机相机坐标系下的深度相 机的相对外参数[RrItJ; 步骤S2:分别通过深度相机和彩色相机获得同一景物的深度图像与彩色图像，利用获 得的Ad、A。、[R」TJ，基于针孔相机模型将深度图像上的点投影至彩色图像上，进行深度图 像与彩色图像的配准，获得配准后的RGB-D图像。
2. 如权利要求1所述的RGB-D图像获取方法，其特征在于，计算彩色相机相机坐标系下 的深度相机的相对外参数[R」TJ的计算公式为
3. 如权利要求2所述的RGB-D图像获取方法，其特征在于，所述深度图像与彩色图像的 配准包括以下步骤： 步骤S21 :基于针孔相机模型，构建相机坐标系中坐标为（X，Y，Z)的点投影至图像平面 上坐标为（x，y)的点所满足的投影方程：
其中，Z为物体到针孔相机透镜光心的距离，w=Z，fx、fy、cx、Cy分别为相机在图像平 面X轴方向上的焦距、相机在图像平面y轴方向上的焦距、相机在图像平面X轴方向上的中 心偏移和相机在图像平面y轴方向上的中心偏移； 步骤S22:将深度图像中的点逆投影至深度相机相机坐标系中，计算公式为： L
其中ρ"表示深度图像平面中的点（x，y)逆投影至深度相机相机坐标系下的点的坐 标，Z为Pxy的深度值； 步骤S23 :将点px，y变换至彩色相机相机坐标系下，计算公式为： QX,yRr(Px,yTr) 其中，Qx，y表示深度相机相机坐标系下的点变换至彩色相机相机坐标系下的点的坐 标； 步骤S24 :将Qx，y利用步骤S21中构建的投影方程投影至彩色图像平面上，获得彩色图 像对应点的深度信息，完成彩色图像与深度图像的配准。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的RGB-D图像获取方法，其特征在于，设定阈值rt，在 深度图像与彩色图像的配准前，计算深度图像中像素点的个数与彩色图像中像素点个数的 比值r，并进行如下判断： 当r〈rt时，利用线性插值的方法将深度图像在保持纵横比的情况下进行放大，使r超 过rt后再进行深度图像与彩色图像的配准； 当！多&时，直接进行进行深度图像与彩色图像的配准。
5. 如权利要求4中任一项所述的RGB-D图像获取方法，其特征在于，所述阈值rt的大 于等于0.33,小于等于1。
6. 如权利要求5所述的RGB-D图像获取方法，其特征在于，对深度相机和彩色相机的标 定方法为：从不同角度和位置观察同一个物体，在获取多组图片后，根据相机的投影方程分 别求得深度相机和彩色相机的内、外参数，完成标定。
【文档编号】G06T7/40GK104463880SQ201410767123
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】汤淑明, 朱新亮, 王金桥 申请人:中国科学院自动化研究所