CN104463833A - 一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和系统 - Google Patents

一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种标定一维面阵相机组相机参数的方法，以获得辅助设备进行定位、加工和检测等操作时所需的相机参数。所述方法包括：采用相机对标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像，所述一维面阵相机组承载于x运动平台；获取所述标记点在所述图像中的位置坐标；根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。本发明实施例提供的方法所获得的参数均有相当高的准确程度，如此，在利用视觉系统来辅助设备进行定位、加工和检测等操作时，充分保证了定位、加工以及检测的准确度，能够满足某些场景下高精度的定位、加工和检测等要求。

Description

一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和系统
技术领域
本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和系统。
背景技术
在加工制造领域，为了能够获得更好的加工质量，常常利用视觉系统来辅助设备进行定位、加工和检测等操作，而在利用视觉系统来辅助设备进行定位、加工和检测等操作时，需要对视觉系统的相机参数进行标定。
视觉系统的相机参数主要包括相机与运动平台之间的夹角θ、相机组中的相邻相机之间的距离d以及相机的精度p即相机中的一个像素代表多少微米，其中，θ主要由加工或者安装的误差所引起，虽然d可以通过加工以及安装的尺寸获得，但是加工尺寸是以毫米（mm）为单位的，而图像的尺寸是以像素（pixel）为单位的，根据相机的精度的不同，一个毫米的偏差可能会导致上千个像素值的差异，因此，通过加工以及安装的尺寸所获得的相邻相机之间的距离d不是很精确。
若在进行定位、加工和检测等操作时不对视觉系统的相机参数进行标定，则上述误差就会给加工、定位带来一定程度的困难，而对于存在高精度的要求的定位、加工和检测，这些相机参数的标定就会变得尤为重要。
现有技术目前还没有提供比较精确地相机参数标定方法。
发明内容
本发明实施例提供一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和系统，以获得辅助设备进行定位、加工和检测等操作时所需的相机参数。
一种标定一维面阵相机组相机参数的方法，所述方法包括：
采用相机对标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像，所述一维面阵相机组承载于x运动平台；
获取所述标记点在所述图像中的位置坐标；
根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。
一种标定一维面阵相机组相机参数的系统，所述系统包括x运动平台、参考平面、在所述参考平面上的标定板、一维面阵相机组、图像处理模块和计算模块；
所述x运动平台，用于承载所述一维面阵相机组并沿着x方向运动；
所述参考平面，用于放置待加工和检测的元件；
所述标定板刻画有固定规则的标记点以用于参数标定；
所述一维面阵相机组的任意一个相机或任意相邻的两个相机用于对所述标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像；
所述图像处理模块，用于获取所述标记点在所述图像中的位置坐标；
所述计算模块，用于根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。
从上述本发明实施例可知，由于相机与x轴的夹角、相机的精度和相邻两个相机之间的距离，均是通过参数待标定的相机对标定板上的标记点进行实际拍摄得到的标记点的图像后，对这些标记点在图像上的位置坐标进行相关计算获得，因此，所获得的参数均有相当高的准确程度，如此，在利用视觉系统来辅助设备进行定位、加工和检测等操作时，充分保证了定位、加工以及检测的准确度，能够满足某些场景下高精度的定位、加工和检测等要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的方法的基本流程示意图；
图2是本发明实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统的基本逻辑结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统的基本逻辑结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统的基本逻辑结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统的基本逻辑结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统的基本逻辑结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种标定一维面阵相机组相机参数的方法，包括：采用相机对标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像，所述一维面阵相机组承载于x运动平台；获取所述标记点在所述图像中的位置坐标；根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角、相机的精度和相邻两个相机之间的距离。本发明实施例还提供相应的标定一维面阵相机组相机参数的系统。以下分别进行详细说明。
本发明实施例的标定一维面阵相机组相机参数的方法的基本流程可参考图1，主要包括步骤：
S101，采用相机对标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像。
在本发明实施例中，相机是一维面阵相机组中的任意一个相机或任意相邻的两个相机，一维面阵相机组承载于x运动平台，x运动平台是承载所述一维面阵相机组并可以沿着x方向运动的平台。采用相机对标定板上的标记点进行拍摄包括移动拍摄和固定拍摄，两种拍摄的目的不一样。移动拍摄是为了标定任意一个相机与运动平台之间的夹角，而固定拍摄是为了得到相邻两个相机之间的距离。
移动拍摄时，可以是由一维面阵相机组中任意一个相机对标记点MD拍摄一次，得到所述标记点MD的图像P后移动名义距离d再次对所述标记点MD进行拍摄，得到所述标记点MD的图像P’，即对同一个标记点在移动名义距离d前后拍摄两次。固定拍摄时，可以是固定所述一维面阵相机组和标定板不动，由固定不动的一维面阵相机组中任意相邻的两个相机分别对所述固定不动的标定板上的标记点MD1和标记点MD2进行拍摄分别得到所述标记点MD1的图像P1和所述标记点MD2的图像P2，即相机C1以及与相机C1相邻的相机C2均固定不动，相机C1在其视野范围内对固定不动的标定板上的标记点MD1进行拍摄，得到标记点MD1的图像P1，相机C2在其视野范围内对固定不动的标定板上的标记点MD2进行拍摄，得到标记点MD2的图像P2。
S102，获取标记点在图像中的位置坐标。
对于标记点MD，作为本发明一个实施例，获取标记点在图像中的位置坐标可以是通过图像处理的方式获取标记点MD在经过步骤S101获得的图像P中的坐标（x，y）和在图像P’中的坐标（x’，y’）。具体地，首先对采集到的图像进行模板的建立，然后利用模板匹配的方式得到标记点MD在图像P中的坐标（x，y）和在图像P’中的坐标（x’，y’）。
对于标记点MD1和MD2，作为本发明一个实施例，获取标记点在图像中的位置坐标可以是通过图像处理的方式获取标记点MD1在经过步骤S101获得的图像P1中的坐标（x1，y1），标记点MD2在经过步骤S101获得的图像P2中的坐标（x2，y2）。具体地，首先对采集到的图像进行模板的建立，然后利用模板匹配的方式得到标记点MD1在图像P1中的坐标（x1，y1），标记点MD2在图像P2中的坐标（x2，y2）。
S103，根据标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。
作为本发明一个实施例，根据标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ可以是：计算标记点MD在图像P中的坐标（x，y）与标记点MD在图像P’中的坐标（x’，y’）的偏移量（△x，△y）；对偏移量（△x，△y）进行反正切变换，以反正切变换所得arctan(△y/△x)为相机与x轴的夹角θ，即θ=arctan(△y/△x)。
作为本发明一个实施例，根据标记点的位置坐标，计算相机的精度p可以是：根据步骤S101中任意一个相机移动的名义距离d和上述实施例求得的相机与x轴之间的夹角θ，计算得到该任意一个相机对标记点MD进行两次拍摄时移动的实际距离d1=dcosθ；求取实际距离d1与△x的比值d1△x，以比值d1△x为相机的精度p，即p=d1△x。
作为本发明一个实施例，根据标记点的位置坐标，计算相邻两个相机之间的距离dl可以是：通过图像处理的方式获取图像P1的宽度w1和图像P2的宽度w2；计算s'+(w2/2-x2)*p/1000+(w1/2-(w1-x1))*p/1000的值，以计算所得的值为相邻两个相机之间的距离dl，即dl=s'+(w2/2-x2)p/1000+(w1/2-(w1-x1))p/1000，此处，p为通过上述实施例提供的方法求得的相机的精度即d1△x，s'为标记点MD1和标记点MD2之间的距离。需要说明的是，标定板上的标记点通常按照顺序进行编号，任意相邻的标记点之间的距离均相等，不妨设为s，那么任意两个标记点之间的距离s'可用|j-i|s表示，即s'=|j-i|s，这里j和i分别表示标记点MDj和标记点MDi的编号，|j-i|表示对j-i取绝对值。
从上述本发明实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的方法可知，由于相机与x轴的夹角、相机的精度和相邻两个相机之间的距离，均是通过参数待标定的相机对标定板上的标记点进行实际拍摄得到的标记点的图像后，对这些标记点在图像上的位置坐标进行相关计算获得，因此，所获得的参数均有相当高的准确程度，如此，在利用视觉系统来辅助设备进行定位、加工和检测等操作时，充分保证了定位、加工以及检测的准确度，能够满足某些场景下高精度的定位、加工和检测等要求。
请参阅附图2，是本发明实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统的结构图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图2示例的标定一维面阵相机组相机参数的系统主要包括x运动平台201、参考平面202、在参考平面202上的标定板203、一维面阵相机组204、图像处理模块205和计算模块206，详细说明如下：
x运动平台201，用于承载一维面阵相机组204并沿着x方向运动。
参考平面202，用于放置待加工和检测的元件。
标定板203，用于刻画固定规则的标记点以用于参数标定。附图2中，标定板203上的黑点表示标记点。
一维面阵相机组204的任意一个相机或任意相邻的两个相机用于对标定板203上的标记点进行拍摄得到标记点的图像。
图像处理模块205，用于获取标记点在图像中的位置坐标。
计算模块206，用于根据标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。
需要说明的是，附图2示例的图像处理模块205和计算模块206既可以是独立于一维面阵相机组204中的相机的功能模块，例如，图像处理模块205和计算模块206是某个特定计算机或者其中的功能模块，图像处理模块205和计算模块206也可以是一维面阵相机组204中的相机的功能模块，例如，图像处理模块205和计算模块206是一维面阵相机组204中的相机的图像处理器。
对于附图2示例的系统，一维面阵相机组204中的任意一个相机用于对标记点MD拍摄一次，得到标记点MD的图像P后移动名义距离d再次对所述标记点MD进行拍摄，得到所述标记点MD的图像P’，即对同一个标记点在移动名义距离d前后拍摄两次得到同一个标记点的图像P和图像P’。在一维面阵相机组204固定不动时，其中任意相邻的两个相机用于分别对固定不动的标定板203上的标记点MD1和标记点MD2进行拍摄，分别得到所述标记点MD1的图像P1和所述标记点MD2的图像P2，即相机C1以及与相机C1相邻的相机C2均固定不动，相机C1在其视野范围内对固定不动的标定板203上的标记点MD1进行拍摄，得到标记点MD1的图像P1，相机C2在其视野范围内对固定不动的标定板203上的标记点MD2进行拍摄，得到标记点MD2的图像P2。
附图2示例的图像处理模块205可以包括坐标获取单元301，如附图3所示本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统。坐标获取单元301用于通过图像处理的方式获取标记点MD在图像P中的坐标（x，y）和在图像P’中的坐标（x’，y’），标记点MD1在图像P1中的坐标（x1，y1），标记点MD2在图像P2中的坐标（x2，y2）。具体地，对于标记点MD，坐标获取单元301首先对采集到的图像进行模板的建立，然后利用模板匹配的方式得到标记点MD在图像P中的坐标（x，y）和在图像P’中的坐标（x’，y’）。同样地，对于标记点MD1和标记点MD2，坐标获取单元301首先对采集到的图像进行模板的建立，然后利用模板匹配的方式得到标记点MD1在图像P1中的坐标（x1，y1），标记点MD2在图像P2中的坐标（x2，y2）。
附图3示例的计算模块206可以包括偏移量计算单元401和夹角计算单元402，如附图4所示本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统，其中：
偏移量计算单元401，用于计算所述坐标（x，y）与所述坐标（x’，y’）的偏移量（△x，△y）；
夹角计算单元402，用于对所述偏移量（△x，△y）进行反正切变换，以所述反正切变换所得arctan(△y/△x)为所述相机与x轴的夹角θ，即θ=arctan(△y/△x)。
附图3示例的计算模块206可以包括第二计算单元501和比值计算单元502，如附图5所示本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统，其中：
第二计算单元501，用于根据所述名义距离d和相机与x轴的夹角θ，计算得到所述任意一个相机对标记点MD进行两次拍摄时移动的实际距离d1=dcosθ；
比值计算单元502，用于求取所述实际距离d1与所述△x的比值d1△x，以所述比值d1△x为所述相机的精度p，即p=d1△x。
附图3示例的计算模块206可以包括获取单元601和第三计算单元602，如附图6所示本发明另一实施例提供的标定一维面阵相机组相机参数的系统，其中：
获取单元601，用于通过图像处理的方式获取所述图像P1的宽度w1和所述图像P2的宽度w2；
第三计算单元602，用于计算s'+(w2/2-x2)p/1000+(w1/2-(w1-x1))p/1000的值，以所述计算所得的值为所述相邻两个相机之间的距离dl，即dl=s'+(w2/2-x2)p/1000+(w1/2-(w1-x1))p/1000，所述s'为所述标记点MD1和标记点MD2之间的距离。此处，p为通过第二计算单元403和比值计算单元404求得的相机的精度即d1△x，s'为标记点MD1和标记点MD2之间的距离。需要说明的是，标定板上的标记点通常按照顺序进行编号，任意相邻的标记点之间的距离均相等，不妨设为s，那么任意两个标记点之间的距离s'可用|j-i|s表示，即s'=|j-i|s，这里j和i分别表示标记点MDj和标记点MDi的编号，|j-i|表示对j-i取绝对值。
需要说明的是，以上附图2至附图4示例的标定一维面阵相机组相机参数的系统的实施方式中，各功能模块的划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述标定一维面阵相机组相机参数的系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。而且，实际应用中，本实施例中的相应的功能模块可以是由相应的硬件实现，也可以由相应的硬件执行相应的软件完成，例如，前述的图像处理模块，可以是具有执行前述获取所述标记点在所述图像中的位置坐标的硬件，例如图像处理器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备；再如前述的计算模块，可以是具有执行前述根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角、相机的精度和相邻两个相机之间的距离功能的硬件，例如计算器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备（本说明书提供的各个实施例都可应用上述描述原则）。
需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种标定一维面阵相机组相机参数的方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种标定一维面阵相机组相机参数的方法，其特征在于，所述方法包括：
采用相机对标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像，所述一维面阵相机组承载于x运动平台；
获取所述标记点在所述图像中的位置坐标；
根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用相机对标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像包括：
由所述一维面阵相机组中的任意一个相机对标记点MD拍摄一次，得到所述标记点MD的图像P后移动名义距离d再次对所述标记点MD进行拍摄，得到所述标记点MD的图像P’；
固定所述一维面阵相机组和标定板不动，由所述固定不动的一维面阵相机组中任意相邻的两个相机分别对所述固定不动的标定板上的标记点MD1和标记点MD2进行拍摄分别得到所述标记点MD1的图像P1和所述标记点MD2的图像P2；
所述获取所述标记点在所述图像中的位置坐标包括：
通过图像处理的方式获取所述标记点MD在图像P中的坐标（x，y）和在图像P’中的坐标（x’，y’），标记点MD1在图像P1中的坐标（x1，y1），标记点MD2在图像P2中的坐标（x2，y2）。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ包括：
计算所述坐标（x，y）与所述坐标（x’，y’）的偏移量（△x，△y）；
对所述偏移量（△x，△y）进行反正切变换，以所述反正切变换所得arctan(△y/△x)为所述相机与x轴的夹角θ。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述标记点的位置坐标，计算相机的精度p包括：
根据所述名义距离d和所述夹角θ，计算得到所述任意一个相机对标记点MD进行两次拍摄时移动的实际距离d1=dcosθ；
求取所述实际距离d1与所述△x的比值d1△x，以所述比值d1△x为所述相机的精度p。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述标记点的位置坐标，计算相邻两个相机之间的距离dl包括：
通过图像处理的方式获取所述图像P1的宽度w1和所述图像P2的宽度w2；
计算s'+(w2/2-x2)p/1000+(w1/2-(w1-x1))p/1000的值，以所述计算所得的值为所述相邻两个相机之间的距离dl，所述s'为所述标记点MD1和标记点MD2之间的距离。
6.一种标定一维面阵相机组相机参数的系统，其特征在于，所述系统包括x运动平台、参考平面、在所述参考平面上的标定板、一维面阵相机组、图像处理模块和计算模块；
所述x运动平台，用于承载所述一维面阵相机组并沿着x方向运动；
所述参考平面，用于放置待加工和检测的元件；
所述标定板，用于刻画固定规则的标记点以用于参数标定；
所述一维面阵相机组的任意一个相机或任意相邻的两个相机用于对所述标定板上的标记点进行拍摄得到所述标记点的图像；
所述图像处理模块，用于获取所述标记点在所述图像中的位置坐标；
所述计算模块，用于根据所述标记点的位置坐标，计算相机与x轴的夹角θ、相机的精度p或相邻两个相机之间的距离dl。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述一维面阵相机组中的任意一个相机用于对标记点MD拍摄一次，得到所述标记点MD的图像P后移动名义距离d再次对所述标记点MD进行拍摄，得到所述标记点MD的图像P’；以及
固定不动的所述一维面阵相机组中任意相邻的两个相机用于分别对固定不动的所述标定板上的标记点MD1和标记点MD2进行拍摄分别得到所述标记点MD1的图像P1和所述标记点MD2的图像P2；
所述图像处理模块包括：
坐标获取单元，用于通过图像处理的方式获取所述标记点MD在图像P中的坐标（x，y）和在图像P’中的坐标（x’，y’），标记点MD1在图像P1中的坐标（x1，y1），标记点MD2在图像P2中的坐标（x2，y2）。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：
偏移量计算单元，用于计算所述坐标（x，y）与所述坐标（x’，y’）的偏移量（△x，△y）；
夹角计算单元，用于对所述偏移量（△x，△y）进行反正切变换，以所述反正切变换所得arctan(△y/△x)为所述相机与x轴的夹角θ。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：
第二计算单元，用于根据所述名义距离d和所述夹角θ，计算得到所述任意一个相机对标记点MD进行两次拍摄时移动的实际距离d1=dcosθ；
比值计算单元，用于求取所述实际距离d1与所述△x的比值d1△x，以所述比值d1△x为所述相机的精度p。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：
获取单元，用于通过图像处理的方式获取所述图像P1的宽度w1和所述图像P2的宽度w2；
第三计算单元，用于计算s'+(w2/2-x2)p/1000+(w1/2-(w1-x1))p/1000的值，以所述计算所得的值为所述相邻两个相机之间的距离dl，所述s'为所述标记点MD1和标记点MD2之间的距离。
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