CN105488779A - 摄像机畸变修正标定板及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像机畸变修正标定板和标定方法。标定板包括基板、标志点、外框、方向标志。基板为一块刚性不易变形的矩形板，外框靠近基板边沿，绕基板一周。标志点均匀分布于外框内部，每一个标志点代表一个坐标位置。方向标志设置于外框的一个角上，与外框相接触。本发明的标定方法是拍摄标定板，标定板上的三角形标志是标定板的方向来确定坐标轴的方向，直接读出拍摄的图像上的各标志圆点的坐标值，跟标定板的描述文件进行对比得出标定参数的。本发明能消除相机拍摄时的图像畸变，对相机的各个参数重新设置，能够精确的测量出图像中元素的相对位置关系和尺寸，消除了因为拍摄时的畸变而造成的尺寸误差。

Description

摄像机畸变修正标定板及标定方法

技术领域

本发明涉及便于图像畸变校正的装置及方法，更具体地说，涉及摄像机畸变修正标定板及标定方法。

背景技术

剪切线是厚板生产主线的一部分，通常也是生产主线的瓶颈所在。而剪切线的咽喉就是对轧制大板进行分段粗切的切头剪，切头剪的生产效率和粗切合理性直接影响到整个剪切线效率和成材率。切头剪是剪切线的第一道工序，直接对产品成品负责，也是决定厚板厂产量的决定因素，钢板的头部和尾部均需要剪切，合理的剪切位置很重要。我们在切头剪前面设置了一台工业相机，对钢板的头部和尾部进行拍照和扫描，来确定头部剪切的最佳位置。

但相机拍摄都会出现畸变现象，就像数码相机一样，越是广角的镜头越是畸变大，拍出的钢板会变成梯形的形状，这种畸变现象非常常见，对钢板头部的拍摄扫描尺寸定位均带来困难，还会照成视觉误差。

在现有技术已公开了摄像机标定数据的采集方法，分三步，先在标定板上设置按阵列分布的标志圆点，再将标定板置入摄像机现场，对标定板进行拍摄，取得标定板图像，最后以标志圆点圆心为标定数据源，对标志圆点圆心进行粗定位，从而得到标定数据。

上述的标定方法是将标志点依次构成四条直线，求出各直线方程，任意取一条作为基准，求出另外三条直线与该直线的夹角，夹角大小位于正负90度之间，根据角度的大小，确定各标志圆点的坐标值。

现有技术还公开一种用于相机参数标定的高精度标定板，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基板、标志点和加强筋，标定基板为正方形金属制薄板，在标定板正面有标志点。

上述的标定板制作复杂，并且因为是金属制作所以重，在做标定时人工搬运困难，因该标定板为了减轻重量又怕太薄了会变形和安放时变形，故采用了背面设有加强筋，这样相机视场范围内如果较平整的话还行，但我们运用视场范围内有辊道，做标定安放时就放不平，造成标定精度下降。该技术为对三角形标志和外框做任何要求，这样做出的标定精度不高，有时会失败。

发明内容

针对现有技术中存在的标定板制作复杂，标定方法不够精确和方便的问题，本发明的目的是提供摄像机畸变修正标定板及标定方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摄像机畸变修正标定板，包括基板、标志点、外框、方向标志。基板为一块刚性不易变形的矩形板，外框靠近基板边沿，绕基板一周。标志点均匀分布于外框内部，每一个标志点代表一个坐标位置。方向标志设置于外框的一个角上，与外框相接触。

为实现上述目的，基板为非金属板。

为实现上述目的，外框为具有一定宽度的矩形黑框。

为实现上述目的，方向标志为三角形标志，三角形标志设置于矩形黑框的任意一个角上。

为实现上述目的，标志点为圆点，且在黑框内呈矩阵排列，并且其中一个标志点位于黑框的中心。

为实现上述目的，基板的外形尺寸是1.6m*1.6m*0.01m，其中心为坐标原点。标志点成7列7行，每一个标志点直径为0.1m，相邻标志点原点的中心间距为0.2m。黑框的宽度为0.05m，以中心原点为坐标原点，黑框4个角的坐标为(-0.8，-0.8)，(-0.8，0.8)，(0.8，-0.8)，(0.8，0.8)。三角标志与黑框外边缘的交点为(-0.8，-0.6)，(-0.6，-0.8)。

为实现上述目的，本发明还公开一种摄像机畸变修正标定方法，包括以下步骤：步骤1，将标定板放入摄像机视场内，进行图像采集，并标定标定板的位置。步骤2，根据标定板与周边背景的对比度差异以及标定板上的方向标志，确定标定板在视场中的相对位置和方向。步骤3，对标定板上的标志点的圆心进行粗定位，得到所有标志点相对标定板的坐标。步骤4，根据标定板在视场的相对位置和标志点相对标定板的坐标信息，将所有标志点的坐标映射到三维空间坐标系中，对标志点的圆心数据进行匹配，获取到相机的标定参数。步骤5，根据摄像机的标定参数对当前相机拍摄的图像进行畸变校正。

为实现上述目的，步骤3的粗定位包括对标志点进行图像滤波、阈值分割、边界提取、轮廓跟踪、边界拟合及中心提取。

为实现上述目的，步骤1中，标定板放置过的位置必须覆盖整个摄像机视场，步骤1至少重复10次。

在上述技术方案中，本发明不进公开一种结构简单且重量轻的标定板，且本发明的标定方法是拍摄标定板，标定板上的三角形标志是标定板的方向来确定坐标轴的方向，直接读出拍摄的图像上的各标志圆点的坐标值，跟标定板的描述文件进行对比得出标定参数的。本发明方法更简便，读数更直观准确，便于操作，标定板拍摄时可以任意安放，旋转，没有任何要求，会自动设别方向。本发明能消除相机拍摄时的图像畸变，对相机的各个参数重新设置，能够精确的测量出图像中元素的相对位置关系和尺寸，消除了因为拍摄时的畸变而造成的尺寸误差。

附图说明

图1是本发明标定板的示意图；

图2是本发明标定方法的流程图；

图3是本发明标定方法的软件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参照图1，本发明的摄像机畸变修正标定板主要包括基板1、标志点2、外框3、方向标志5。下面来详细说明本发明标定板的结构及其表面各种标识的分布情况。

如图1所示，基板1为非金属板，并且是一块刚性不易变形的矩形板。外框3靠近基板1边沿，绕基板1一周，且为具有一定宽度的矩形黑框。标志点2为圆点，且在外框3内呈矩阵排列，并且其中一个标志点位于黑框的中心，成为坐标原点4，其余的标志点2均匀分布于外框3内部，每一个标志点2代表一个坐标位置。方向标志5为三角形标志，方向标志5设置于外框3的一个角上，与外框3相接触。

下面通过一个实施例来说明本发明的标定板。

标定板外形尺寸是1.6m*1.6m*0.01m，标志点成7列7行，每一个标志点直径为0.1m，相邻标志点原点的中心间距为0.2m。黑框的宽度为0.05m。以中心原点为坐标原点，黑框4个角的坐标为(-0.8，-0.8)，(-0.8，0.8)，(0.8，-0.8)，(0.8，0.8)。三角标志与黑框外边缘的交点为(-0.8，-0.6)，(-0.6，-0.8)。

进一步的，设定标定板上所有标志点的坐标。

Y方向坐标为-0.6m的圆点中心坐标

-0.6-0.60.05

-0.4-0.60.05

-0.2-0.60.05

0-0.60.05

0.2-0.60.05

0.4-0.60.05

0.6-0.60.05

Y方向坐标为-0.4m的圆点中心坐标

-0.6-0.40.05

-0.4-0.40.05

-0.2-0.40.05

0-0.40.05

0.2-0.40.05

0.4-0.40.05

0.6-0.40.05

Y方向坐标为-0.2m的圆点中心坐标

-0.6-0.20.05

-0.4-0.20.05

-0.2-0.20.05

0-0.20.05

0.2-0.20.05

0.4-0.20.05

0.6-0.20.05

Y方向坐标为0m的圆点中心坐标

-0.600.05

-0.400.05

-0.200.05

000.05

0.200.05

0.400.05

0.600.05

Y方向坐标为0.2m的圆点中心坐标

-0.60.20.05

-0.40.20.05

-0.20.20.05

00.20.05

0.20.20.05

0.40.20.05

0.60.20.05

Y方向坐标为0.4m的圆点中心坐标

-0.60.40.05

-0.40.40.05

-0.20.40.05

00.40.05

0.20.40.05

0.40.40.05

0.60.40.05

Y方向坐标为0.6m的圆点中心坐标

-0.60.60.05

-0.40.60.05

-0.20.60.05

00.60.05

0.20.60.05

0.40.60.05

0.60.60.05

另一方面，如图2所示，利用上述的标定板，本发明开公开一种对应的标定方法，用于摄像机的图像畸变校正。

本发明的标定原理是：通过标定板与背景的对比差异，确定视场中标定板的物理位置。首先粗定位，即对其进行图像滤波、阈值分割、边界提取、轮廓跟踪、边界拟合及中心提取，得到三角形标识的位置及方向，再用同样的原理进行精定位找到其余各标志圆点的圆心坐标和标志圆点的个数尺寸等；再进行标定板上的中心圆点定位，形成一个空间坐标系，得出各标志圆点的世界阵列坐标，再和标定板的描述文件(标定板在制作时的各标志圆点的坐标，以及三角形标识的尺寸)进行对比，来修正拍摄的标定板上各标志圆点的世界坐标。在做标定时每拍摄一张标定板图片都要进行标定(即和标定板的描述文件对比，修正)，形成一个标定参数，将其暂存于内存中。最后待整个标定完成后，将之前内存中的所有各标定参数整合起来，形成一个最终用于图像校正的标定参数，并将此最新的标定参数更新相机拍摄图片处理程序中原标定参数。

根据上述原理，本发明的标定步骤主要包括以下的5个步骤：

步骤S1，将标定板放入摄像机视场内，进行图像采集，并标定标定板的位置。

步骤S2，根据标定板与周边背景的对比度差异以及标定板上的方向标志，确定标定板在视场中的相对位置和方向。

步骤S3，对标定板上的标志点的圆心进行粗定位，得到所有标志点相对标定板的坐标。本步骤的粗定位包括对标志点进行图像滤波、阈值分割、边界提取、轮廓跟踪、边界拟合及中心提取。

此时，进行依次标定板次数位置覆盖的判断，使标定板放置过的位置必须覆盖整个摄像机视场，步骤1至少重复10次。若否，则返回步骤1。

步骤S4，根据标定板在视场的相对位置和标志点相对标定板的坐标信息，将所有标志点的坐标映射到三维空间坐标系中，对标志点的圆心数据进行匹配，获取到相机的标定参数。

步骤S5，根据摄像机的标定参数对当前相机拍摄的图像进行畸变校正。

下面通过一个实施例，本发明采用专门的软件来实现上述步骤。

如图3所示的相机标定对话框界面截图，上述的步骤可以由如下的操作来实现：

1.在参数设置对话框中，点击“开始采集”，将标定板放入视场内(注：调节相机属性，确保标定板黑框内的圆点能轻易分辨)，然后点击“停止采集”。

2.在相机标定对话框中，点击“载入图像”，将主窗口当前显示的图像载入，或点击“打开图像”从本地选择一副之前保存的可标定图像。

3.在相机标定对话框中，点击“标定”，若标定成功弹出“标定成功”提示框。

4.将(整个)标定板放在视场内，以任意方向摆放。重复上述1～3步，至少标定成功10次(越多越好)以上，让其尽量遍布视场的四角和中心位置。

5.点击“完成标定”，弹出“标定完成”提示框，如截图3所示。

标定完成后，标定所得的相机参数将保存至ConfigFile.ini文件中，可点击“标定参数”，弹出相机内参对话框。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种摄像机畸变修正标定板，其特征在于，包括：

基板、标志点、外框、方向标志；

所述基板为一块刚性不易变形的矩形板，所述外框靠近所述基板边沿，绕基板一周；

所述标志点均匀分布于所述外框内部，每一个所述标志点代表一个坐标位置；

所述方向标志设置于所述外框的一个角上，与所述外框相接触。

2.如权利要求1所述的摄像机畸变修正标定板，其特征在于，所述基板为非金属板。

3.如权利要求2所述的摄像机畸变修正标定板，其特征在于，所述外框为具有一定宽度的矩形黑框。

4.如权利要求3所述的摄像机畸变修正标定板，其特征在于，所述方向标志为三角形标志，所述三角形标志设置于所述矩形黑框的任意一个角上。

5.如权利要求4所述的摄像机畸变修正标定板，其特征在于，所述标志点为圆点，且在所述黑框内呈矩阵排列，并且其中一个标志点位于所述黑框的中心。

6.如权利要求5所述的摄像机畸变修正标定板，其特征在于：

所述基板的外形尺寸是1.6m*1.6m*0.01m，其中心为坐标原点；

所述标志点成7列7行，每一个标志点直径为0.1m，相邻标志点原点的中心间距为0.2m；

所述黑框的宽度为0.05m，以中心原点为坐标原点，黑框4个角的坐标为(-0.8，-0.8)，(-0.8，0.8)，(0.8，-0.8)，(0.8，0.8)；

所述三角标志与黑框外边缘的交点为(-0.8，-0.6)，(-0.6，-0.8)。

7.一种摄像机畸变修正标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将标定板放入摄像机视场内，进行图像采集，并标定标定板的位置；

步骤2，根据标定板与周边背景的对比度差异以及标定板上的方向标志，确定标定板在视场中的相对位置和方向；

步骤3，对标定板上的标志点的圆心进行粗定位，得到所有标志点相对标定板的坐标；

步骤4，根据标定板在视场的相对位置和标志点相对标定板的坐标信息，将所有标志点的坐标映射到三维空间坐标系中，对标志点的圆心数据进行匹配，获取到相机的标定参数；

步骤5，根据摄像机的标定参数对当前相机拍摄的图像进行畸变校正。

8.如权利要求7所述的摄像机畸变修正标定方法，其特征在于，所述步骤3的粗定位包括对所述标志点进行图像滤波、阈值分割、边界提取、轮廓跟踪、边界拟合及中心提取。

9.如权利要求7所述的摄像机畸变修正标定方法，其特征在于，所述步骤1中，标定板放置过的位置必须覆盖整个摄像机视场，步骤1至少重复10次。