CN103278095B - 一维可伸缩式靶标装置及其标定特征点的产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一维可伸缩式靶标装置及其标定特征点的产生方法，装置包含标定杆及底盘，方法包含以下步骤；步骤1、将标定杆伸开到所需要的长度；步骤2、将底盘放置在待标定的平面内，并且确定底盘的圆心位置；步骤3、将标定杆末端的固定孔与底盘的中心螺孔对齐并固定，使标定杆可以绕中心螺孔转动；步骤4、将标定杆与底盘的基准线对齐，并将定位孔与基准线对应的等分圆螺孔对齐并固定；步骤5、用相机拍摄整个标定范围的图像，松开当前角度对应的等分圆螺孔的固定，并旋转标定杆到下一个角度的等分圆螺孔并固定，直到整个标定区域扫描完毕；步骤6、标定操作结束，收起标定杆和底盘。本发明的靶标容易加工，花费少，携带方便，操作简单。

Description

一维可伸缩式靶标装置及其标定特征点的产生方法

技术领域

本发明涉及较大视场的机器视觉测量系统，具体涉及一维可伸缩式靶标装置及标定特征点产生方法。

背景技术

机器视觉测量系统的功能就是利用摄像机拍摄被测量物体的图像，利用图像中提取到的物体的数据来还原空间中物体的形状、轮廓、尺寸等信息。在这样的测量系统中实际是建立了三维空间中物点坐标与二维图像中像点坐标之间的一个映射关系。这个映射关系具体体现为机器视觉测量系统的内部参数和外部参数。所以，机器视觉系统建立过程中一个基础而关键的问题就是如何确切得到这些内部参数和外部参数的数值，这一个求解系统参数的过程和操作统称为摄像机的标定，也有人称之为定标，英文表示为Calibration。标定的过程除了包含数学的计算外，一个关键的部分是需要一个合适的靶标。所谓靶标，也称为标定参照物，通常是一个或若干个其上带有多个标定特征点的物理装置，其上的特征点的准确的空间位置坐标通常是已知的或者可以通过其它途径得知的。

机器视觉测量系统是做外形尺寸等几何参数测量的系统，通常要求靶标所提供的特征点所覆盖的空间尺寸与被测物体尺寸相一致，不能比被测物小太多，因为这样导致标定不准确，也不需要比被测物大很多，因为越大的尺寸意味着靶标的造价急剧增加。由于靶标是标定参照物，从测量学的角度讲，其上的特征点的位置坐标精度应该至少高于机器视觉测量系统的测量精度一个数量级。制作精度要求高使得靶标的价格通常较高。而且，随着尺寸增大，不但价格增加，而且加工制造的难度也增加，保管和存放靶标的难度也增加。

现有技术中，机器视觉测量系统通常使用的靶标可以按其外形的维度分为三类，一类是三维靶标，即立体形状的靶标，比如立方体形状的，这类靶标加工难度最大，通常其尺寸都小于1000毫米，要做到1000毫米以上的尺寸非常难实现，现在用这类靶标进行标定的已经比较少了，一个重要原因就是造价高。另外也有人用一个二维的平面靶标在精密运动平台的带动下移动几个不同的位置来产生类似于三维靶标的标定效果，这种做法需要的运动平台精度要求高，价格较高。第二类是二维靶标，大多数机器视觉系统都愿意采用二维靶标，二维靶标就是一个平面上用黑白棋盘格或者原点阵列等图案形式来产生很多特征点。相比于三维靶标，二维靶标的制作成本和难度大大降低了，但是要制作一个较大尺寸的（比如边长超过1000毫米）的平面靶标也有难度。对于很多大型的（尺寸在几米甚至十多米）被测物的测量，即使降低对靶标的精度要求，制作这样大的靶标也很难，操作起来也不方便。第三类靶标是一维靶标，一维靶标是一个刚性细杆上间隔分布几个小球，以小球的球心为特征点。目前未见到一维靶标的生产和销售。

总之，如果要测量尺寸在几米或十几米的大型物体，比如测量汽车、集装箱等大型物体的外形尺寸，需要制作同等尺寸的既易于使用又价格合理的靶标，用以上的方法都很难实现。现有技术中尚未见到满足这些要求的靶标。

发明内容

本发明的目的在于提供相一种一维可伸缩式靶标装置及其标定特征点的产生方法，靶标本身不存在自身遮挡问题，并且容易加工，花费少，携带方便，操作简单，尤其适用于1米以上至十几米的较大空间范围的机器视觉测量系统的标定等特点，为机器视觉测量技术在较大尺度空间的应用提供一种有力的工具，促进该测量技术领域的发展。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一维可伸缩式靶标装置，其特点是，包含标定杆及底盘；

上述的标定杆包含固定孔、定位孔及多个标志点；

上述的标定杆由多段不同长度、不同粗细的金属管连接成可伸缩式的；

上述的固定孔设置在标定杆的最最末端；

多个上述的标志点之间的距离相等；

上述的底盘包含中心螺孔、多个等分圆螺孔及基准线；

上述的底盘的半径与定位孔和固定孔之间的距离相等；

上述的中心螺孔与底盘的圆心重合；

上述的中心螺孔与标定杆的固定孔连接，标定杆可以绕中心螺孔旋转；

多个上述的等分圆螺孔将底盘的圆周等分；

上述的基准线一端连接中心螺孔，其另一端连接等分圆螺孔。

上述的固定孔、定位孔及多个标志点设置在一条直线上。

上述的标志点上涂有发光材料，形状为十字形或圆点形。

一种用于上述一维可伸缩式靶标装置的标定特征点的产生方法，至少包含以下步骤；

步骤1、将标定杆伸开到所需要的长度；

步骤2、将底盘放置在待标定的平面内，并且确定底盘的圆心位置；

步骤3、将标定杆末端的固定孔与底盘的中心螺孔对齐并固定，使标定杆可以绕中心螺孔转动；

步骤4、将标定杆与底盘的基准线对齐，并将标定杆上的定位孔与底盘上基准线对应的等分圆螺孔对齐并固定；

步骤5、用相机拍摄一幅整个标定范围的图像，松开当前角度对应的等分圆螺孔的固定，并旋转标定杆到下一个角度的等分圆螺孔并固定，直到整个标定区域扫描完毕；

步骤6、标定操作结束，收起标定杆和底盘。

上述的步骤1中标定杆伸开到所需要的长度包含以下两种情况：

a：标定长方形区域，需要标定尺度范围为长×宽(长>宽)，则标定杆的伸长长度为长的一半与宽取较大值；

b：标定近似方形或方形或圆形区域，需要标定尺度范围为长×长，则标定杆的伸长长度为长的一半。

上述的步骤2中确定底盘的圆心位置包含以下两种情况：

A：标定长方形区域，则底盘的圆心位置位于长方形的长边中心；

B：标定近似方形或方形或圆形区域，则底盘的圆心位置位于待标定区域中心。

上述的步骤5中相机拍摄整个标定范围的图像时保持相机固定不动。

本发明一维可伸缩式靶标装置及其标定特征点的产生方法与现有技术相比具有以下优点：灵活性高、可扩展性好、体积小、易携带、方便保存、产生标定点足够多、制作简单、成本低；由于标定杆可以是收缩式的，这样标定时可以打开伸展，依据需要标定的尺寸范围，可以伸展相应的长度。可以选择标定杆旋转180度范围，覆盖一个长方形区域，也可以让标定杆旋转360度覆盖杆子长度为半径的圆形区域，这大大扩展了可标定的空间范围；由于底盘面积小、标定杆又是可收缩的，所以在不进行标定时整个靶标体积很小，占用空间小，利于携带和保存；由于底盘上的圆弧线以及各个角度的固定螺孔可以由几何作图法得到精确的位置，操作简单，精度有保障，对标定过程的精确度不会引入误差；由于可以根据需要产生任意多个标志点，这些标志点比较均匀的分布于整个被标定空间中，非常有利于保障标定过程的精确度。

附图说明

图1为本发明一维可伸缩式靶标装置标定杆的整体结构示意图。

图2为本发明一维可伸缩式靶标装置底盘的整体结构示意图。

图3为本发明一维可伸缩式靶标装置标定杆旋转一周的示意图。

图4为本发明标定特征点的产生方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1、图2、图3所示，一维可伸缩式靶标装置，包含标定杆1及底盘2；标定杆1包含固定孔11、定位孔12及多个标志点13；标定杆1由多段不同长度、不同粗细的金属管连接成可伸缩式的；固定孔11设置在标定杆1的最最末端；标志点13之间的距离相等，标志点数量可以根据需要增加；底盘2包含中心螺孔21、多个等分圆螺孔22及基准线23；底盘2的半径与定位孔12和固定孔11之间的距离相等；中心螺孔21与底盘2的圆心重合；中心螺孔21与标定杆1的固定孔11连接，标定杆1可以绕中心螺孔21旋转；等分圆螺孔22将底盘2的圆周等分可以分为4等分、8等分、16等分等；基准线23一端连接中心螺孔21，其另一端连接等分圆螺孔22。固定孔11、定位孔12及多个标志点13设置在一条直线上。标志点13上涂有发光材料，形状为十字形或圆点形或者其他对称形状，便于图像处理过程中提取准确的坐标。

如图4所示，一种用于上述一维可伸缩式靶标装置的标定特征点的产生方法，其特征在于，至少包含以下步骤；

步骤1、将标定杆1伸开到所需要的长度；

标定杆1伸开到所需要的长度包含以下两种情况：

a：标定长方形区域，需要标定尺度范围为长×宽(长>宽)，则标定杆1的伸长长度为长的一半与宽取较大值；

b：标定近似方形或圆形区域，需要标定尺度范围为长×长，则标定杆1的伸长长度为长的一半；

步骤2、将底盘2放置在待标定的平面内，并且确定底盘2的圆心位置；确定底盘2的圆心位置包含以下两种情况：

A：标定长方形区域，则底盘2的圆心位置位于长方形的长边中心；

B：标定方形或圆形区域，则底盘2的圆心位置位于待标定区域中心。

步骤3、将标定杆1末端的固定孔11与底盘2的中心螺孔21对齐并固定，使标定杆1可以绕中心螺孔21转动；

步骤4、将标定杆1与底盘2的基准线23对齐，并将标定杆1上的定位孔12与底盘2上基准线23对应的等分圆螺孔22对齐并固定；

步骤5、用相机拍摄一幅整个标定范围的图像，松开当前角度对应的等分圆螺孔22的固定，并旋转标定杆1到下一个角度的等分圆螺孔22并固定，直到整个标定区域扫描完毕，相机拍摄整个标定范围的图像时保持相机固定不动；

步骤6、标定操作结束，收起标定杆1和底盘2。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一维可伸缩式靶标装置，其特征在于，包含：标定杆（1）及底盘（2）；

所述的标定杆（1）包含固定孔（11）、定位孔（12）及多个标志点（13）；

所述的标定杆（1）由多段不同长度、不同粗细的金属管连接成可伸缩式的；

所述的固定孔（11）设置在标定杆（1）的最末端；

多个所述的标志点（13）之间的距离相等；

所述的底盘（2）包含中心螺孔（21）、多个等分圆螺孔（22）及基准线（23）；

所述的底盘（2）的半径与定位孔（12）和固定孔（11）之间的距离相等；

所述的中心螺孔（21）与底盘（2）的圆心重合；

所述的中心螺孔（21）与标定杆（1）的固定孔（11）连接，标定杆（1）可以绕中心螺孔（21）旋转；

多个所述的等分圆螺孔（22）将底盘（2）的圆周等分；

所述的基准线（23）一端连接中心螺孔（21），其另一端连接等分圆螺孔（22）。

2.如权利要求1所述的一维可伸缩式靶标装置，其特征在于，所述的固定孔（11）、定位孔（12）及多个标志点（13）设置在一条直线上。

3.如权利要求1所述的一维可伸缩式靶标装置，其特征在于，所述的标志点（13）上涂有发光材料，形状为十字形或圆点形。

4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的一维可伸缩式靶标装置的标定特征点的产生方法，其特征在于，所述的方法至少包含以下步骤；

步骤1、将标定杆（1）伸开到所需要的长度；

步骤2、将底盘（2）放置在待标定的平面内，并且确定底盘（2）的圆心位置；

步骤3、将标定杆（1）末端的固定孔（11）与底盘（2）的中心螺孔（21）对齐并固定，使标定杆（1）可以绕中心螺孔（21）转动；

步骤4、将标定杆（1）与底盘（2）的基准线（23）对齐，并将标定杆（1）上的定位孔（12）与底盘（2）上基准线（23）对应的等分圆螺孔（22）对齐并固定；

步骤5、用相机拍摄一幅整个标定范围的图像，松开当前角度对应的等分圆螺孔（22）的固定，并旋转标定杆（1）到下一个角度的等分圆螺孔（22）并固定，直到整个标定区域扫描完毕；

步骤6、标定操作结束，收起标定杆（1）和底盘（2）。

5.如权利要求4所述的标定特征点的产生方法，其特征在于，所述的步骤1中标定杆（1）伸开到所需要的长度包含以下两种情况：

a：标定长方形区域，需要标定尺度范围为长×宽，且长>宽，则标定杆（1）的伸长长度为长的一半与宽取较大值；

b：标定近似方形或方形或圆形区域，需要标定尺度范围为长×长，则标定杆（1）的伸长长度为长的一半。

6.如权利要求4所述的标定特征点的产生方法，其特征在于，所述的步骤2中确定底盘（2）的圆心位置包含以下两种情况：

A：标定长方形区域，则底盘（2）的圆心位置位于长方形的长边中心；

B：标定近似方形或方形或圆形区域，则底盘（2）的圆心位置位于待标定区域中心。

7.如权利要求4所述的标定特征点的产生方法，其特征在于，所述的步骤5中相机拍摄整个标定范围的图像时保持相机固定不动。