CN106940893A - 自动化标定板及自动化标定方法 - Google Patents
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Abstract
一种自动化标定板，设有黑白交错的棋盘格图样，其中白格和黑格均为正方形。棋盘格图样沿X轴和Y轴每间隔一个相同格数(q)设有一个m*m(m≥2，m为偶数)格子大小的无黑格区域，无黑格区域内设有标识符。不同无黑格区域内的标识符系通过10个圆点标记在其位置上是否存在表现为不同的形态，所述10个圆点标记的位置设定为上下四排且呈正三角形排列。其中，1号圆点标记单独位列于最上面一排且固定存在于三角形的上顶点，2‑3号圆点标记左右且错位排列于1号圆点标记的下方，4‑6号圆点标记从左至右依序且错位排列于2‑3号圆点标记的下方，7号‑10号圆点标记从左至右依序且错位排列于4号‑6号圆点标记的下方。本发明实现了自动化标定，减少了人员的干预。
Description
技术领域
本发明涉及一种标定板，尤其是一种自动化标定板及自动化标定方法。
背景技术
标定过程就是已知标定控制点的世界坐标和像素坐标我们去解算这个映射关系，一旦这个关系解算出来了我们就可以由点的像素坐标去反推它的世界坐标。通过相机拍摄带有固定间距图案阵列平板、经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果，其中，带有固定间距图案阵列的平板就是标定板(CalibrationTarget)。标定板已在机器视觉、图像测量、摄影测量、三维重建等领域中广泛应用。现有的标定板，均需要人工预先设定标定板格式，使得标定过程复杂。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种自动化标定板及自动化标定方法，所述自动化标定板用于机器视觉中对相机的内部参数进行标定，所述自动化标定方法可减少标定过程的人员干预，实现自动化标定。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案一是：一种自动化标定板，设有黑白交错的棋盘格图样，其中白格和黑格均为正方形，棋盘格图样沿X轴和Y轴每间隔一个相同格数(q)设有一个m*m(m≥2，m为偶数)格子大小的无黑格区域，无黑格区域内设有标识符，不同无黑格区域内的标识符系通过10个圆点标记在其位置上是否存在表现为不同的形态，所述10个圆点标记的位置设定为上下四排且呈正三角形排列，其中，1号圆点标记单独位列于最上面一排且固定存在于三角形的上顶点，2号、3号圆点标记左右且错位排列于1号圆点标记的下方，4号、5号和6号圆点标记从左至右依序且错位排列于2号、3号圆点标记的下方，7号、8号、9号、10号圆点标记从左至右依序且错位排列于4号、5号和6号圆点标记的下方。
作为本发明技术方案一的进一步改进，所述1号、2号和3号圆点标记组成一个最小的正三角形，1号-2号、2号-3号、3号-1号的连线组成最小正三角形的三个边。
作为本发明技术方案一的进一步改进，所述1号至6号圆点标记组成一个中等大小的正三角形，1号-2号-4号、4号-5号-6号以及6号-3号-1号的连线组成中等大小正三角形的三个边，且2号、4号和5号圆点标记以及3号、5号和6号圆点标记分别组成如1号、2号和3号圆点标记那样大小的正三角形。
作为本发明技术方案一的进一步改进，所述1号至10号圆点标记组成一个最大的正三角形，1号-2号-4号-7号、7号-8号-9号-10号以及10号-6号-3号-1号的连线组成最大正三角形的三个边，且4号、7号和8号圆点标记以及5号、8号和9号圆点标记还有6号、9号和10号圆点标记分别组成如1号、2号和3号圆点标记那样大小的正三角形。
作为本发明技术方案一的进一步改进，所述相同格数(q)为10。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案二是：一种自动化标定方法，其特征是：包括如下步骤：(1)相机对如权利要求1所述的自动化标定板拍照；(2)相机对拍摄到的自动化标定板照片进行图像分析；以及(3)标定相机。
作为本发明技术方案二的进一步改进，所述步骤(2)中，标定板方向的判定方法为：所述1号圆点标记朝向最大正三角形底边的向下方向为Y轴的正方向，1号圆点标记的左右方向为棋盘格坐标的X轴方向，且无黑格区域正上方的黑格到白格的方向为X轴的正方向。
作为本发明技术方案二的进一步改进，所述步骤(2)中，标定板正反的判定方法为：如X轴的正方向与7号到10号圆点标记方向相反，则判定标定板被翻转。
作为本发明技术方案二的进一步改进，所述步骤(2)中，标定板坐标的判定方法为：根据3号、4号、5号、6号圆点标记是否存在表示成第一组二进制数据，存在即表示该位权系数为1，不存在即表示该位权系数为0，所述第一组二进制数据转化成第一组十进制数据后与q的乘积判定为棋盘格坐标的X轴值；根据7号、8号、9号、10号圆点标记是否存在表示成第二组二进制数据，存在即表示该位权系数为1，不存在即表示该位权系数为0，所述第二组二进制数据转化成第二组十进制数据后与q的乘积判定为棋盘格坐标的Y轴值。
作为本发明技术方案二的进一步改进，所述步骤(2)中，还包括污损的判定，方法为：若2号至10号圆点状标识存在的数目为奇数，说明标识符被损坏。
本发明的有益效果是：本发明自动化标定板用于机器视觉中对相机的内部参数进行标定，相机能够根据标定板无黑格区域内圆点标记的是否存在判定标定板的正反、方向以及坐标，实现自动化标定，自动化标定方法可减少标定过程的人员干预。
附图说明
图1为本发明自动化标定板的棋盘格示意图。
图2为本发明自动化标定板上10个圆点标记的位置排布图。
图3为根据本发明自动化标定板的圆点标记判定方向的示意图。
图4为根据本发明自动化标定板的圆点标记判定正反的示意图。
图5为根据本发明自动化标定板的圆点标记判定坐标的示意图。
图6-图9分别以本发明自动化标定板的坐标(0,0)、(0,1)、(1,0)和(1,1)举例，说明对应的10个圆点标记显示状态图，其中，bit8-bit0分别对应于2-10号圆点标记。
具体实施方式
一种自动化标定板，设有黑白交错的棋盘格图样，其中白格和黑格均为正方形。棋盘格图样沿X轴和Y轴每间隔一个相同格数(q)设有一个m*m(m≥2，m为偶数)格子大小的无黑格区域。无黑格区域内设有标识符，不同无黑格区域内的标识符系通过10个圆点标记在其位置上是否存在表现为不同的形态。所述10个圆点标记的位置设定为上下四排且呈正三角形排列，其中，1号圆点标记单独位列于最上面一排且固定存在于三角形的上顶点，2号、3号圆点标记左右且错位排列于1号圆点标记的下方，4号、5号和6号圆点标记从左至右依序且错位排列于2号、3号圆点标记的下方，7号、8号、9号、10号圆点标记从左至右依序且错位排列于4号、5号和6号圆点标记的下方。简言之，10个圆点标记的位置是固定的，但是不确定是否存在于该位置上。
所述1号、2号和3号圆点标记组成一个最小的正三角形，1号-2号、2号-3号、3号-1号的连线组成最小正三角形的三个边。
所述1号至6号圆点标记组成一个中等大小的正三角形，1号-2号-4号、4号-5号-6号以及6号-3号-1号的连线组成中等大小正三角形的三个边，且2号、4号和5号圆点标记以及3号、5号和6号圆点标记分别组成如1号、2号和3号圆点标记那样大小的正三角形。
所述1号至10号圆点标记组成一个最大的正三角形，1号-2号-4号-7号、7号-8号-9号-10号以及10号-6号-3号-1号的连线组成最大正三角形的三个边，且4号、7号和8号圆点标记以及5号、8号和9号圆点标记还有6号、9号和10号圆点标记分别组成如1号、2号和3号圆点标记那样大小的正三角形。
优选实施方式中，所述相同格数(q)为10。
标定过程中，相机通过拍摄到的标定板照片上无黑格区域内各个圆点标记的是否存在而判定标定板的正反、方向以及坐标三个方面的信息，从而能够完成标定板的物理坐标到相机的像素坐标之间的映射，实现自动化标定。
本发明还涉及一种自动化标定方法，包括如下步骤：
(1)相机对本发明所述的自动化标定板拍照；
(2)相机对拍摄到的自动化标定板照片进行图像分析；以及
(3)标定相机。
所述步骤(2)中，标定板方向的判定方法为：所述1号圆点标记朝向最大正三角形底边的向下方向为Y轴的正方向，1号圆点标记的左右方向为棋盘格坐标的X轴方向，且无黑格区域正上方的黑格到白格的方向为X轴的正方向。
所述步骤(2)中，标定板正反的判定方法为：如X轴的正方向与7号到10号圆点标记方向相反，则判定标定板被翻转。(解码翻转的标定板，需要交换2号与3号、4号与6号、7号与10号、8号与9号圆点标记的位置)
所述步骤(2)中，标定板坐标的判定方法为：根据3号、4号、5号、6号圆点标记是否存在表示成第一组二进制数据，存在即表示该位权系数为1，不存在即表示该位权系数为0，所述第一组二进制数据转化成第一组十进制数据后与q的乘积判定为棋盘格坐标的X轴值；根据7号、8号、9号、10号圆点标记是否存在表示成第二组二进制数据，存在即表示该位权系数为1，不存在即表示该位权系数为0，所述第二组二进制数据转化成第二组十进制数据后与q的乘积判定为棋盘格坐标的Y轴值。
所述步骤(2)中，还包括污损的判定，方法为：若2号至10号圆点状标识存在的数目为奇数，说明标识符被损坏。2号圆点标记仅能够判断奇数个污损，但是不能判定偶数个污损。
图6-图9系分别以本发明自动化标定板的坐标(0,0)、(0,1)、(1,0)和(1,1)举例，说明对应的10个圆点标记显示状态图，其中，bit8-bit0分别对应于2-10号圆点标记。
图6为坐标(0,0)的10个圆点标记显示图，bit7-bit0均为0，即3号、4号、5号、6号圆点标记表示的二进制数据为0000，7号、8号、9号、10号圆点标记表示的二进制数据亦为0000，转化为十进制，则为原点(0,0)，此时，对应于2号圆点标记的bit8也为0，2号圆点标记不显示为黑。
图7为坐标(0,1)点的10个圆点标记显示图，bit7-bit1均为0且bit0为1时，即3号、4号、5号、6号圆点标记表示的二进制数据为0000，7号、8号、9号、10号圆点标记表示的二进制数据为0001，转化为十进制，则为坐标点(0,1)，因为3-10号圆点标记中有奇数个(1个)圆点标记显示为黑，此时，对应于2号圆点标记的bit8为1，2号圆点标记亦显示为黑。
图8为坐标(1,0)点的10个圆点标记显示图，bit7-bit5、bit3-bit0均为0且bit4为1时，即3号、4号、5号、6号圆点标记表示的二进制数据为0001，7号、8号、9号、10号圆点标记表示的二进制数据为0000，转化为十进制，则为坐标点(1,0)，因为3-10号圆点标记中有奇数个(1个)圆点标记显示为黑，此时，对应于2号圆点标记的bit8为1，2号圆点标记亦显示为黑。
图9为坐标(1,1)点的10个圆点标记显示图，bit7-bit5、bit3-bit1均为0且bit4、bit0为1时，即3号、4号、5号、6号圆点标记表示的二进制数据为0001，7号、8号、9号、10号圆点标记表示的二进制数据亦为0001，转化为十进制，则为坐标点(1,1)，因为3-10号圆点标记中有偶数个(2个)圆点标记显示为黑，此时，对应于2号圆点标记的bit8为0，2号圆点标记不显示为黑。
本发明自动化标定方法省略了预先人工设定标定板格式的步骤，而是在对拍摄到的自动化标定板照片进行图像分析过程中实现自动化标定，本案特点为可减少标定过程的人员干预。
Claims (10)
1.一种自动化标定板，其特征是：所述标定板上设有黑白交错的棋盘格图样，其中白格和黑格均为正方形，棋盘格图样沿X轴和Y轴每间隔一个相同格数(q)设有一个m*m(m≥2，m为偶数)格子大小的无黑格区域，无黑格区域内设有标识符，不同无黑格区域内的标识符系通过10个圆点标记在其位置上是否存在表现为不同的形态，所述10个圆点标记的位置设定为上下四排且呈正三角形排列，其中，1号圆点标记单独位列于最上面一排且固定存在于三角形的上顶点，2号、3号圆点标记左右且错位排列于1号圆点标记的下方，4号、5号和6号圆点标记从左至右依序且错位排列于2号、3号圆点标记的下方，7号、8号、9号、10号圆点标记从左至右依序且错位排列于4号、5号和6号圆点标记的下方。
2.根据权利要求1所述的自动化标定板，其特征是：所述1号、2号和3号圆点标记组成一个最小的正三角形，1号-2号、2号-3号、3号-1号的连线组成最小正三角形的三个边。
3.根据权利要求2所述的自动化标定板，其特征是：所述1号至6号圆点标记组成一个中等大小的正三角形，1号-2号-4号、4号-5号-6号以及6号-3号-1号的连线组成中等大小正三角形的三个边，且2号、4号和5号圆点标记以及3号、5号和6号圆点标记分别组成如1号、2号和3号圆点标记那样大小的正三角形。
4.根据权利要求3所述的自动化标定板，其特征是：所述1号至10号圆点标记组成一个最大的正三角形，1号-2号-4号-7号、7号-8号-9号-10号以及10号-6号-3号-1号的连线组成最大正三角形的三个边，且4号、7号和8号圆点标记以及5号、8号和9号圆点标记还有6号、9号和10号圆点标记分别组成如1号、2号和3号圆点标记那样大小的正三角形。
5.根据权利要求1所述的自动化标定板，其特征是：所述相同格数(q)为10。
6.一种自动化标定方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)相机对如权利要求1所述的自动化标定板拍照；
(2)相机对拍摄到的自动化标定板照片进行图像分析；以及
(3)标定相机。
7.根据权利要求6所述的自动化标定方法，其特征是：所述步骤(2)中，标定板方向的判定方法为：所述1号圆点标记朝向最大正三角形底边的向下方向为Y轴的正方向，1号圆点标记的左右方向为棋盘格坐标的X轴方向，且无黑格区域正上方的黑格到白格的方向为X轴的正方向。
8.根据权利要求6所述的自动化标定方法，其特征是：所述步骤(2)中，标定板正反的判定方法为：如X轴的正方向与7号到10号圆点标记方向相反，则判定标定板被翻转。
9.根据权利要求6所述的自动化标定方法，其特征是：所述步骤(2)中，标定板坐标的判定方法为：根据3号、4号、5号、6号圆点标记是否存在表示成第一组二进制数据，存在即表示该位权系数为1，不存在即表示该位权系数为0，所述第一组二进制数据转化成第一组十进制数据后与q的乘积判定为棋盘格坐标的X轴值；根据7号、8号、9号、10号圆点标记是否存在表示成第二组二进制数据，存在即表示该位权系数为1，不存在即表示该位权系数为0，所述第二组二进制数据转化成第二组十进制数据后与q的乘积判定为棋盘格坐标的Y轴值。
10.根据权利要求6所述的自动化标定方法，其特征是：所述步骤(2)中，还包括污损的判定，方法为：若2号至10号圆点状标识存在的数目为奇数，说明标识符被损坏。
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