CN107862717A - 多相机标定方法 - Google Patents

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刘晓阳
杜志强
原馨
李萌
桑涛
王光能
高云峰
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Abstract

本发明涉及一种多相机标定方法。上述的多相机标定方法包括：制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在所述标定板坐标系中的坐标，其中，标定板坐标系为标定板所在的坐标系；将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板；控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，其中，所述相机坐标系为所述相机所在的坐标系。由于二维码携带有二维码中心在标定板坐标系中的坐标信息，标定过程中无需找格子角点并填写角点的坐标，因此上述的标定过程较简单且标定过程中无需专业人员即可完成。

Description

多相机标定方法
技术领域
本发明涉及相机标定的技术领域，特别是涉及一种多相机标定方法。
背景技术
随着工业4.0的提出，机器视觉因具有精度高、使用灵活和快速自动校正误差等特点被广泛应用于工业自动化生产过程中，尤其在高精度的工业生产设备中，高精度的视觉引导设备作为判断设备是否高端的标准。随着机器视觉在工业中应用的普及，高精度的工业生产设备对机器视觉提出了高精度和大视野的要求，单相机很难同时做到高精度和大视野，而多相机则可以实现高精度和大视野的要求。
然而，多相机需借助高精度的标定板标定相机之间的坐标变换关系来实现高精度和大视野的要求。传统的多相机的标定方法为首先借助格子片标定板找格子的角点，再由人工填写角点的坐标来完成手眼标定。这种标定方法的标定效率很低、操作复杂且需要专业人员才能完成标定。
发明内容
基于此，有必要针对传统的多相机的标定方法的标定效率很低、操作复杂且需要专业人员才能完成标定的问题，提供一种多相机标定方法。
一种多相机标定方法，包括：
制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标，其中，所述标定板坐标系为所述标定板所在的坐标系；
将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板；
控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，其中，所述相机坐标系为所述相机所在的坐标系。
上述的多相机标定方法，标定过程为：首先，制作带二维码的标定板，二维码的信息为二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标；然后，将标定板放置于每个相机的视野中，使得相机拍摄到标定板；然后，控制每个相机取图，对标定板上的二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，最终完成了多相机标定；由于二维码携带有二维码中心在标定板坐标系中的坐标信息，标定过程中无需找格子角点并填写角点的坐标，因此上述的标定过程较简单且标定过程中无需专业人员即可完成；此外，由于标定过程中无需找格子角点并填写角点的坐标，使多相机标定过程的速率较快。
在其中一个实施例中，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板，之前还包括步骤：将所述相机固定于机台的固定架上，使相机更好地拍摄标定板。
在其中一个实施例中，所述二维码的数目为多个，每个所述二维码位于所述标定板的坐标系中的坐标。
在其中一个实施例中，多个所述二维码间隔排列于所述标定板上。
在其中一个实施例中，多个所述二维码呈网格状排列于所述标定板上。
在其中一个实施例中，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板，之后还包括步骤：
调节每个所述相机的焦距，使得所述相机的物方焦平面和所述标定板的标定平面重合。
在其中一个实施例中，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤包括：
控制一所述相机拍照，对所述标定板上的二维码进行读取，得到所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标；
计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标；
根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵；
重复前面的步骤，得到其他的所述相机相应的放射变换矩阵。
在其中一个实施例中，通过图像处理算法计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标。
在其中一个实施例中，根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤具体为：
根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，通过九点标定算法计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵。
在其中一个实施例中，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读码，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤之后还包括：
根据所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵，将多个所述相机相应的所述相机坐标系均变换到标定坐标系，以完成多相机标定。
附图说明
图1为一实施例的多相机标定方法的流程图；
图2为图1所示多相机标定方法的流程图所用的标定板的示意图；
图3为图1所示多相机标定方法的另一流程图；
图4为图1所示多相机标定方法的又一流程图；
图5为图1所示多相机标定方法的步骤S105的一流程图；
图6为图1所示多相机标定方法的再一流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对多相机标定方法进行更全面的描述。附图中给出了多相机标定方法的首选实施例。但是，多相机标定方法可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对多相机标定方法的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在多相机标定方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如，一种多相机标定方法包括：例如，制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标，其中，所述标定板坐标系为所述标定板所在的坐标系；例如，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板；例如，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，其中，所述相机坐标系为所述相机所在的坐标系。例如，一种多相机标定方法包括：制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标，其中，所述标定板坐标系为所述标定板所在的坐标系；将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板；控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，其中，所述相机坐标系为所述相机所在的坐标系。
如图1所示，一实施例的多相机标定方法，包括：
同时参见图2，S101，制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标，其中，所述标定板坐标系为所述标定板所在的坐标系。
在本实施例中，二维码呈矩形状，且二维码的中心与标定板的标定格子的中心重合。每个二维码的信息为二维码外接的矩形的中心位置于标定板坐标系中的坐标。例如，标定上设有黑白相间的标定图案和多个二维码，多个二维码间隔分布于标定图案中，使相邻两个二维码被黑白相间的标定图案隔开。
在其中一个实施例中，所述二维码的数目为多个，由于二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在所述标定板坐标系中的坐标，使每个二维码与标定图案的标定的角点相对应，将多个二维码取代传统标定中的角点，使多相机标定过程中无需人工手动找格子角点并填写角点坐标，提高了多相机标定的速率。
在其中一个实施例中，多个所述二维码间隔排列于所述标定板上，使标定板的标定过程较简单。例如，相邻两个二维码的间距相等。在其中一个实施例中，多个所述二维码呈网格状排列于所述标定板上，每个二维码的中心位于标定板上的标记的网格的交叉点上。
S103，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板。
如图3所示，在其中一个实施例中，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板，之前还包括步骤：S102，将所述相机固定于机台的固定架上，使相机更好地拍摄标定板。
如图4所示，在其中一个实施例中，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板，之后还包括步骤：
S104，调节每个所述相机的焦距，使得所述相机的物方焦平面和所述标定板的标定平面重合。
例如，多相机标定方法包括：制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在所述标定板坐标系中的坐标；将所述相机固定于机台的固定架上，使相机更好地拍摄标定板；将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板；调节每个所述相机的焦距，使得所述相机的物方焦平面和所述标定板的标定平面重合；控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵。
S105，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，其中，所述相机坐标系为所述相机所在的坐标系。
如图5所示，在其中一个实施例中，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤S105包括：
S105A，控制一所述相机拍照，对所述标定板上的二维码进行读取，得到所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标。
在本实施例中，二维码呈矩形状，且二维码的中心与标定板的标定格子的中心重合。每个二维码的信息为二维码外接的矩形的中心位置于标定板坐标系中的坐标。例如，标定上设有黑白相间的标定图案和多个二维码，多个二维码间隔分布于标定图案中，使相邻两个二维码被黑白相间的标定图案隔开。在本实施例中，二维码的数目为九个。通过相机拍照读取得到多个二维码在标定板坐标系中的坐标分别为(X1，Y1),(X2，Y2)，……，(X9，Y9)。
S105B，计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标。
在其中一个实施例中，通过图像处理算法计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标。在本实施例中，二维码的数目为九个，通过图像处理算法计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标分别为(PX1，PY1),(PX2，PY2)，……，(PX9，PY9)。
S105C，根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵。
在其中一个实施例中，根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤S105C具体为：
根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，通过九点标定算法计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵。
S105D，重复前面的步骤，得到其他的所述相机相应的放射变换矩阵。
在本实施例中，相机的数目为多个。当第一个相机相应的放射变换矩阵按步骤S105A、S105B和S105C计算得出之后，第二个相机相应的放射变换矩阵也按步骤S105A、S105B和S105C进行计算。同理，其他相机相应的放射变换矩阵也按步骤S105A、S105B和S105C进行计算。这样，获得每个相机相应的放射变换矩阵。
在其中一个实施例中，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读码，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤S105之后还包括：
如图6所示，S107，根据所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵，将多个所述相机相应的所述相机坐标系均变换到标定坐标系，以完成多相机标定。
上述的多相机标定方法，标定过程为：首先，制作带二维码的标定板，二维码的信息为二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标；然后，将标定板放置于每个相机的视野中，使得相机拍摄到标定板；然后，控制每个相机取图，对标定板上的二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，最终完成了多相机标定；由于二维码携带有二维码中心在标定板坐标系中的坐标信息，标定过程中无需找格子角点并填写角点的坐标，因此上述的标定过程较简单且标定过程中无需专业人员即可完成；此外，由于标定过程中无需找格子角点并填写角点的坐标，使多相机标定过程的速率较快。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多相机标定方法，其特征在于，包括：
制作带二维码的标定板，所述二维码中的信息为所述二维码外接矩形的中心在标定板坐标系中的坐标，其中，所述标定板坐标系为所述标定板所在的坐标系；
将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板；
控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵，其中，所述相机坐标系为所述相机所在的坐标系。
2.根据权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板，之前还包括步骤：将所述相机固定于机台的固定架上。
3.根据权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述二维码的数目为多个。
4.根据权利要求3所述的多相机标定方法，其特征在于，多个所述二维码间隔排列于所述标定板上。
5.根据权利要求3所述的多相机标定方法，其特征在于，多个所述二维码呈网格状排列于所述标定板上。
6.根据权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，将所述标定板放置于每个相机的视野中，使得所述相机拍摄到所述标定板，之后还包括步骤：
调节每个所述相机的焦距，使得所述相机的物方焦平面和所述标定板的标定平面重合。
7.根据权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读取，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤包括：
控制一所述相机拍照，对所述标定板上的二维码进行读取，得到所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标；
计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标；
根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵；
重复前面的步骤，得到其他的所述相机相应的放射变换矩阵。
8.根据权利要求7所述的多相机标定方法，其特征在于，通过图像处理算法计算出所述二维码的外接矩形的中心在所述相机坐标系中坐标。
9.根据权利要求7所述的多相机标定方法，其特征在于，根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤具体为：
根据所述二维码在所述标定板坐标系中的坐标和所述二维码在所述相机坐标系中的坐标，通过九点标定算法计算出所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵。
10.根据权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，控制每个所述相机取图，对所述标定板上的所述二维码进行读码，获得每个相机坐标系到标定板坐标系的放射变换矩阵的步骤之后还包括：
根据所述相机坐标系到所述标定板坐标系的放射变换矩阵，将多个所述相机相应的所述相机坐标系均变换到标定坐标系，以完成多相机标定。
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