CN103697907A - 一种用于相机参数标定的高精度标定板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种用于相机参数标定的高精度标定板及其制作方法，目的是解决现有技术中点位精度不高和标定板尺寸较小的问题。所述的标定板包括标定板基板（1）、标志点（2）和加强筋（3），标定板基板（1）为正方形金属制薄板，在标定板基板（1）正面均匀设有标志点（2），形成标志点（2）阵列；在标定板基板背面安装有加强筋（3）。所述的制作方法包括加工基准面、加工盲孔阵列、稳定处理、稳定后精加工、加工填充圆柱和腐蚀处理六个步骤。采用本制作方法制作的标定板对相机参数进行标定，与采用喷塑方法加工的标定板标定结果进行比较，重投影误差前者结果为0.18pix，后者为0.58pix，标定精度提高3倍多。

Description

一种用于相机参数标定的高精度标定板及其制作方法
技术领域
本发明属于测控技术领域，具体涉及一种用于相机参数标定的高精度标定板及其制作方法。
背景技术
在机器视觉和摄影测量领域，完成测量任务的主要设备为相机，对其参数进行准确标定是完成测量任务的前提。基于平面标定板的相机标定模型具有便携性好，标定流程简单，可现场标定等优点，因此基于平面标定板的相机标定技术越来越受重视，应用也越来越广。
目前，用于相机参数标定的标定板主要有以下几种制作方法：纸质打印；玻璃镀膜；塑料喷绘；液晶材料；陶瓷材料等。其中使用最广泛的是打印的方式获得，将打印出来的标定板图案粘贴于表面平整的基板上，打印方式获得的点位精度一般±0.1mm。玻璃镀膜工艺制作的标定板在小尺寸范围内精度较高，能得到微米量级，大尺寸范围制作成本很高，而且由于玻璃表面为镜面反射，会因周围环境杂散反射影响标定板图像质量，严重时无法提取标志点2。塑料喷绘制作方法简单，精度较低，一般为±0.1mm，且同样存在镜面反射的缺点。使用液晶面板制作的标定板图案可以灵活设置，具有较强的通用性，但精度较低，一般为±0.1mm。陶瓷材料可以制作较高精度的标定板，并且表面为漫反射具有较好的环境适应性，但仅限于小尺寸（一般为100mm×100mm），对于大尺寸制作成本很高，而且陶瓷属脆性材料，使用不方便。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中点位精度不高和标定板尺寸较小的问题，提出一种用于相机参数标定的高精度标定板及其制作方法。
本发明是这样实现的：
一种用于相机参数标定的高精度标定板，包括标定板基板、标志点和加强筋，标定板基板为正方形金属制薄板，在标定板基板正面均匀设有标志点，形成标志点阵列；在标定板基板背面安装有加强筋。
如上所述的标定板基板由硬铝制成。
如上所述的标志点阵列中，相邻标志点几何中心间距准确度在±0.02mm范围内，标志点圆度φ0.01mm。
如上所述的加强筋的材料为金属。
如上所述的加强筋的材料为硬铝。
如上所述的加强筋共有四条，呈“米”字形。
如上所述的标定板外包络尺寸500mm×500mm，采用7×7点阵，标志点直径20mm，间距68mm，标定半平面度0.01mm，点位间距误差小于±0.015mm，圆度误差小于0.01mm。
根据如上所述的用于相机参数标定的高精度标定板的制作方法包括如下步骤：
第一步：加工基准面；
在金属基体上加工基准面，使基准面平面度不高于0.01mm；然后将基准面翻转，以加工面为基准进行背面加工，加工出加强筋；
第二步：加工盲孔阵列；
将第一步得到的结构翻转，以加强筋为基准加工盲孔阵列，盲孔孔距准确度在±0.02mm范围内，盲孔圆度为φ0.01mm；
第三步：稳定处理；
对第二步得到的结构进行时效处理，释放机械加工应力；
第四步：稳定后精加工；
对做过稳定处理的结构进行进一步加工得到平面度稳定的基准平面，平面度优于0.01mm；
第五步：加工填充圆柱；
在第四步得到的结构上加工填充圆柱，填充圆柱直径公差大于盲孔直径，圆柱上端面与基体基准面不重合度不大于0.01mm，且填充完成后填充物不高出基准平面；
第六步：腐蚀处理；
对第五步得到的结构进行酸化腐蚀处理。
如上所述的加工填充圆柱步骤中：填充圆柱直径公差大于盲孔直径，使填充圆柱与盲孔过盈配合过盈量不超过0.01mm，圆柱颜色使用便于和基体区分的深色或黑色。
如上所述的腐蚀处理步骤，腐蚀深度不小于0.05mm。
本发明的有益效果是：
本发明采用上述六步步骤，制作了一块高精度平面标定板，标定板外包络尺寸500mm×500mm，采用7×7点阵，标志点2直径20mm，间距68mm，经过实际测量标定半平面度0.01mm，点位间距误差小于±0.015mm，圆度误差小于0.01mm。解决了现有技术中点位精度不高和标定板尺寸较小的问题。利用该方法制作的标定板对相机参数进行标定，与采用喷塑方法加工的标定板标定结果进行比较，重投影误差前者结果为0.18pix,后者为0.58pix，标定精度提高3倍多。进行实际测量实验，相机据目标2m远，目标长度1m，前者测量误差0.6mm，后者测量误差2.1mm，测量精度提高3倍多。
附图说明
图1是本发明的一种用于相机参数标定的高精度标定板正面的结构示意图；
图2是本发明的一种用于相机参数标定的高精度标定板反面的结构示意图；
图3是本发明的一种用于相机参数标定的高精度标定板制作方法的流程图；
图中，1.标志点，2.标定板基板，3.加强筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种用于相机参数标定的高精度标定板及其制作方法进行介绍：
如图1、2所示，一种用于相机参数标定的高精度标定板，包括标定板基板1、标志点2和加强筋3，标定板基板1为正方形金属制薄板，以硬铝为最佳。在标定板基板1正面均匀设有标志点2，形成标志点阵列，相邻标志点2几何中心间距根据实际需要选择，相邻标志点2几何中心间距准确度在±0.02mm范围内，标志点2圆度φ0.01mm。在标定板基板背面安装有加强筋3，加强筋3的材料为金属，可以采用与标定板基板1相同或不同的材料；加强筋3的形状根据实际需要选择，在本实施例中，加强筋3共有四条，呈“米”字形。在本实施例中，标定板外包络尺寸500mm×500mm，采用7×7点阵，标志点2直径20mm，间距68mm，经过实际测量标定半平面度0.01mm，点位间距误差小于±0.015mm，圆度误差小于0.01mm。
通过采用加强筋3，既减轻标定板重量，又不至发生变形。
如图3所示，一种用于相机参数标定的高精度标定板制作方法，包括如下步骤：
第一步：加工基准面；
在金属基板上采用现有技术加工基准面，使基准面平面度不高于0.01mm；然后将基准面翻转，以加工面为基准进行背面加工，加工出加强筋3，上述金属基板材料一般采用硬铝，填充材料一般采用黑色硬化橡胶。
第二步：加工盲孔阵列；
将第一步得到的结构翻转，以加强筋为基准采用现有技术加工盲孔阵列，相邻盲孔几何中心间距根据实际需要选择，盲孔孔距准确度在±0.02mm范围内，盲孔圆度为φ0.01mm。
第三步：稳定处理；
对第二步得到的结构进行时效处理，释放机械加工应力。
第四步：稳定后精加工；
对做过稳定处理的结构采用现有技术进行进一步加工得到平面度稳定的基准平面，平面度优于0.01mm；
第五步：加工填充圆柱；
在第四步得到的结构上采用现有技术加工填充圆柱，填充圆柱直径公差大于盲孔直径，使填充圆柱与盲孔过盈配合过盈量不超过0.01mm，圆柱颜色使用便于和基板区分的深色或黑色，圆柱上端面与基板基准面不重合度不大于0.01mm，且填充完成后填充物不高出基准平面。
第六步：腐蚀处理；
对第五步得到的结构进行酸化腐蚀处理，腐蚀深度不小于0.05mm，以消除加工过程中出现的镜面反射效果的表面。
本发明采用上述六步步骤，制作了一块高精度平面标定板，标定板外包络尺寸500mm×500mm，采用7×7点阵，标志点2直径20mm，间距68mm，经过实际测量标定半平面度0.01mm，点位间距误差小于±0.015mm，圆度误差小于0.01mm。解决了现有技术中点位精度不高和标定板尺寸较小的问题。利用该方法制作的标定板对相机参数进行标定，与采用喷塑方法加工的标定板标定结果进行比较，重投影误差前者结果为0.18pix,后者为0.58pix，标定精度提高3倍多。进行实际测量实验，相机据目标2m远，目标长度1m，前者测量误差0.6mm，后者测量误差2.1mm，测量精度提高3倍多。

Claims (10)

1.一种用于相机参数标定的高精度标定板，包括标定板基板（1）、标志点（2）和加强筋（3），标定板基板（1）为正方形金属制薄板，在标定板基板（1）正面均匀设有标志点（2），形成标志点（2）阵列；在标定板基板背面安装有加强筋（3）。
2.根据权利要求1所述的一种用于相机参数标定的高精度标定板，其特征在于：所述的标定板基板（1）由硬铝制成。
3.根据权利要求1所述的一种用于相机参数标定的高精度标定板，其特征在于：所述的标志点（2）阵列中，相邻标志点（2）几何中心间距准确度在±0.02mm范围内，标志点（2）圆度φ0.01mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于相机参数标定的高精度标定板，其特征在于：所述的加强筋（3）的材料为金属。
5.根据权利要求4所述的一种用于相机参数标定的高精度标定板，其特征在于：所述的加强筋（3）的材料为硬铝。
6.根据权利要求4所述的一种用于相机参数标定的高精度标定板，其特征在于：所述的加强筋（3）共有四条，呈“米”字形。
7.根据权利要求1所述的一种用于相机参数标定的高精度标定板，其特征在于：所述的标定板外包络尺寸500mm×500mm，采用7×7点阵，标志点（2）直径20mm，间距68mm，标定半平面度0.01mm，点位间距误差小于±0.015mm，圆度误差小于0.01mm。
8.根据权利要求1-7任何一项所述的用于相机参数标定的高精度标定板的制作方法包括如下步骤：
第一步：加工基准面；
在金属基体上加工基准面，使基准面平面度不高于0.01mm；然后将基准面翻转，以加工面为基准进行背面加工，加工出加强筋（3）；
第二步：加工盲孔阵列；
将第一步得到的结构翻转，以加强筋（3）为基准加工盲孔阵列，盲孔孔距准确度在±0.02mm范围内，盲孔圆度为φ0.01mm；
第三步：稳定处理；
对第二步得到的结构进行时效处理，释放机械加工应力；
第四步：稳定后精加工；
对做过稳定处理的结构进行进一步加工得到平面度稳定的基准平面，平面度优于0.01mm；
第五步：加工填充圆柱；
在第四步得到的结构上加工填充圆柱，填充圆柱直径公差大于盲孔直径，圆柱上端面与基体基准面不重合度不大于0.01mm，且填充完成后填充物不高出基准平面；
第六步：腐蚀处理；
对第五步得到的结构进行酸化腐蚀处理。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述的加工填充圆柱步骤中：填充圆柱直径公差大于盲孔直径，使填充圆柱与盲孔过盈配合过盈量不超过0.01mm，圆柱颜色使用便于和基体区分的深色或黑色。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：所述的腐蚀处理步骤，腐蚀深度不小于0.05mm。
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