虚拟画面与现实空间的校准方法及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术公开了一种虚拟画面与现实空间的校准方法及计算机可读存储介质，方法包括：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标；分别记录四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵；获取定位系统所在的位置在第二坐标系下的位置关系，得到第二矩阵；根据第一矩阵和第二矩阵，计算摄影机光心位置相对定位系统所在位置的位置关系，得到第三矩阵；根据第二矩阵和第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵。本发明专利技术具有精度高，操作简便，使用限制小的优点。

【技术实现步骤摘要】
虚拟画面与现实空间的校准方法及计算机可读存储介质
本专利技术涉及虚拟现实
，尤其涉及一种虚拟画面与现实空间的校准方法及计算机可读存储介质。
技术介绍
在虚拟现实中，为了达到实时虚拟现实合成效果，针对真实空间的视觉效果，通常使用摄影机来提供真实空间的画面，针对虚拟空间的视觉效果，通常会引入第三方定位系统，并将定位结果经由3D图像引擎渲染出虚拟画面。而由于摄影机和第三方定位系统属于不同系统，两者间存在空间上的位置差异，为了让引擎渲染出来的虚拟画面尽可能的接近真实效果，需要知道定位系统与摄影机的位置关系(以下简称offset)，因此需要一种高效且精确的offset求解方法。目前，已知存在的几款类似的虚拟现实合成产品有：redspy，trackmen，ncam等，其中，redspy测量offset的方法时用尺手工测量，而trackmen和ncam则是要求在校准过程中摄影机与定位系统用摄像头观察到相同的物体。手工测量存在较大的精度误差，无法很好地达到影视级别的视觉效果要求，且测量过程繁琐，需要进行反复的微调才能得到相对可用的结果。对于要求摄影机与定位系统用的摄像头观察相同物体的方法，存在较大局限性，首先，其要求摄影机与定位系统用的摄像头的安装夹角不能过大，否则无法同时观察到同一物体，其次并非所有的定位系统都是单一摄像头定位系统，如OptiTrack就是一种多摄像头定位系统，而这种方法是无法用于类似的多摄像头定位系统的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种虚拟画面与现实空间的校准方法及计算机可读存储介质，具有精度高，操作简便，使用限制小的优点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种虚拟画面与现实空间的校准方法，包括：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标，所述第一坐标系为空间直角坐标系；分别记录所述四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵；获取定位系统所在的位置在第二坐标系下的位置关系，得到第二矩阵，所述第二坐标系为定位系统的坐标系；根据所述第一矩阵和第二矩阵，计算摄影机光心位置相对定位系统所在位置的位置关系，得到第三矩阵；根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵。本专利技术还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标，所述第一坐标系为空间直角坐标系；分别记录所述四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵；获取定位系统所在的位置在第二坐标系下的位置关系，得到第二矩阵，所述第二坐标系为定位系统的坐标系；根据所述第一矩阵和第二矩阵，计算摄影机光心位置相对定位系统所在位置的位置关系，得到第三矩阵；根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵。本专利技术的有益效果在于：相比手动测量的方法，精确度更高，且可通过计算多组数据来求得最优解，大大降低了误差；相比摄影机和定位用摄像头观察同一物体的方法，本专利技术不受定位系统的类型限制，并且定位用摄像头位置可以随意安装，没有任何要求，只要求摄影机能看到预设的四个点即可完成校准。因此，本专利技术有着精度高，操作简便，使用限制小的优点。附图说明图1为本专利技术的一种虚拟画面与现实空间的校准方法的流程图；图2为本专利技术实施例一的方法流程图；图3为本专利技术实施例一的定位系统的安装位置的示意图；图4为本专利技术实施例一的工装的结构示意图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。本专利技术最关键的构思在于：引入一个第三方的坐标系统，在校准过程中保持位置不变，并使其显示在摄影机画面中。请参阅图1，一种虚拟画面与现实空间的校准方法，包括：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标，所述第一坐标系为空间直角坐标系；分别记录所述四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵；获取定位系统所在的位置在第二坐标系下的位置关系，得到第二矩阵，所述第二坐标系为定位系统的坐标系；根据所述第一矩阵和第二矩阵，计算摄影机光心位置相对定位系统所在位置的位置关系，得到第三矩阵；根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵。从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于：精度高，操作简便，使用限制小。进一步地，所述根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵之后，进一步包括：根据所述第四矩阵，对虚拟画面进行渲染。由上述描述可知，可以获得与真实画面最为匹配的虚拟画面。进一步地，所述预设的四个点中的三个点到剩余的一个点的连线两两之间相互垂直；所述根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标具体为：将所述剩余的一个点作为原点，并分别将所述三个点到剩余的一个点的连线作为x轴、y轴和z轴，建立第一坐标系；将所述剩余的一个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标记录为原点的坐标；分别根据所述连线的长度，记录所述三个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标。由上述描述可知，通过设定四个点之间的位置关系，使其形成一个最容易构建空间坐标系的结构，提高第三方坐标系统构建的便捷性。进一步地，所述根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标具体为：选取所述预设四个点中的任意三点，作为第一点、第二点和第三点；根据所述第一点和第二点，得到第一矢量；根据所述第二点和第三点，得到第二矢量；将所述第一矢量叉乘所述第二矢量，得到第三矢量；将所述第一矢量叉乘所述第三矢量，得到第四矢量；将所述第一点作为原点，将所述第一矢量作为x轴正方向，将所述第三矢量作为y轴正方向，将所述第四矢量作为z轴正方向，建立第一坐标系；通过OptiTrack定位系统获取所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标。由上述描述可知，对于任意的四个点都可构建得到空间直角坐标系。进一步地，所述根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵具体为：根据所述四个点中的一点的二维坐标以及所述摄影机的内参矩阵，计算所述一点在摄影机的坐标系下的空间坐标；根据所述一点的三维空间坐标以及所述一点在摄影机的坐标系下的空间坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵。本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标，所述第一坐标系为空间直角坐标系；分别记录所述四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据所述四个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟画面与现实空间的校准方法，其特征在于，包括：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标，所述第一坐标系为空间直角坐标系；分别记录所述四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵；获取定位系统所在的位置在第二坐标系下的位置关系，得到第二矩阵，所述第二坐标系为定位系统的坐标系；根据所述第一矩阵和第二矩阵，计算摄影机光心位置相对定位系统所在位置的位置关系，得到第三矩阵；根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟画面与现实空间的校准方法，其特征在于，包括：根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标，所述第一坐标系为空间直角坐标系；分别记录所述四个点在摄影机屏幕二维坐标系下的二维坐标；根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵；获取定位系统所在的位置在第二坐标系下的位置关系，得到第二矩阵，所述第二坐标系为定位系统的坐标系；根据所述第一矩阵和第二矩阵，计算摄影机光心位置相对定位系统所在位置的位置关系，得到第三矩阵；根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵。2.根据权利要求1所述的虚拟画面与现实空间的校准方法，其特征在于，所述根据第二矩阵和所述第三矩阵，计算摄影机光心位置在第一坐标系下的位置关系，得到第四矩阵之后，进一步包括：根据所述第四矩阵，对虚拟画面进行渲染。3.根据权利要求1所述的虚拟画面与现实空间的校准方法，其特征在于，所述预设的四个点中的三个点到剩余的一个点的连线两两之间相互垂直；所述根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标具体为：将所述剩余的一个点作为原点，并分别将所述三个点到剩余的一个点的连线作为x轴、y轴和z轴，建立第一坐标系；将所述剩余的一个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标记录为原点的坐标；分别根据所述连线的长度，记录所述三个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标。4.根据权利要求1所述的虚拟画面与现实空间的校准方法，其特征在于，所述根据预设的四个点，建立第一坐标系，并分别记录所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标具体为：选取所述预设四个点中的任意三点，作为第一点、第二点和第三点；根据所述第一点和第二点，得到第一矢量；根据所述第二点和第三点，得到第二矢量；将所述第一矢量叉乘所述第二矢量，得到第三矢量；将所述第一矢量叉乘所述第三矢量，得到第四矢量；将所述第一点作为原点，将所述第一矢量作为x轴正方向，将所述第三矢量作为y轴正方向，将所述第四矢量作为z轴正方向，建立第一坐标系；通过OptiTrack定位系统获取所述四个点在所述第一坐标系下的三维空间坐标。5.根据权利要求1所述的虚拟画面与现实空间的校准方法，其特征在于，所述根据所述四个点的三维空间坐标和二维坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵具体为：根据所述四个点中的一点的二维坐标以及所述摄影机的内参矩阵，计算所述一点在摄影机的坐标系下的空间坐标；根据所述一点的三维空间坐标以及所述一点在摄影机的坐标系下的空间坐标，计算摄影机光心位置在所述第一坐标系下的位置关系，得到第一矩阵。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄康宁，刘超，曹正之，
申请(专利权)人：先壤影视制作上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31