CN108492336A - 一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种使用红外线光源、红外线标记物、三坐标测量仪，实现摄像头使用虚拟标定参照物进行标定的方法。传统方法中，摄像头标定需要使用一个特定形状的标定物参照物进行标定。因摄像头使用场景不同，因此需要不同尺寸、不同形状的标定参照物。标定参照物需要有较高的加工精度，加工价格较贵，如果不经常使用，就造成了浪费。本方法可利用红外线光源、红外线标记物、三坐标测量仪，构建一个标定场，从标定场中选取不同的特征点来构造不同的虚拟标定参照物，可充分依据需求构建，不造成任何浪费。
Description
技术领域
本发明公开一种使用红外线光源、红外线标记物、三坐标测量仪，实现摄像头使用虚拟标定参照物进行标定的方法。传统方法中，摄像头标定需要使用一个特定形状的标定物参照物进行标定。因摄像头使用场景不同，因此需要不同尺寸、不同形状的标定参照物。标定参照物需要有较高的加工精度，加工价格较贵，如果不经常使用，就造成了浪费。本方法可利用红外线光源、红外线标记物、三坐标测量仪，构建一个标定场，从标定场中选取不同的特征点来构造不同的虚拟标定参照物，可充分依据需求构建，不造成任何浪费。
背景技术
机器视觉是一门研究如何使机器“看”的科学，更进一步的说，就是指用摄影机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉，并进一步做图像处理，用计算机处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。
机器视觉的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体，而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数，分为内参和外参。
在大多数条件下，这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程被称为“摄像头标定”，或直接称为“标定”。标定过程就是确定摄像头的几何和光学参数的过程。标定精度的大小，直接影响着机器视觉的精度。迄今为止，对于摄像机标定问题已提出了很多方法，摄像机标定的理论问题已得到较好的解决，对摄像机标定的研究来说，当前的研究工作应该集中在如何针对具体的实际应用问题，采用特定的简便、实用、快速、准确的标定方法。
本发明所述采用的标定算法是Tsai的两步法，文献“A versatile cameracalibration technique for high-accuracy 3D machine vision metrology usingoff-the-shelf TV cameras and lenses，IEEE Journal on Robotics and Automation，1987 3(4)，323～343，DOI：10.1109/JRA.1987.1087109”
在标定过程中，传统的方法是使用一个特制的标定板来当作标定参照物，然后通过图像处理算法提取标定板的特征点的坐标数据，利用这些特征点坐标数据进行运算，完成标定。
标定板的加工精度要求比较高，且制作材料需要有较高的刚性，这样一个标定板的制造成本比较高。同时，对于不同的标定需求，标定板的尺寸也会有不同的要求，为了满足需求，需要制作出不同规格的标定板。这种方式不灵活，且成本高，也极容易造成浪费。
鉴于上述问题，有必要找到一种灵活、经济的标定方法。
发明内容
针对上述的问题，本发明提供一种灵活、高效、经济的标定方法。采用三坐标测量仪来模拟标定参照物，只需要一次数据采集，就能在后期的使用中，根据实际需求来模拟出任意规格、任意几何形状的标定参照物，三坐标测量仪可以通过租赁的方式获得，该方法灵活，成本低，且不会造成浪费。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法中所述的标定算法是采用Tsai的两步法，文献“A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3Dmachine vision metrology using off-the-shelf TV cameras and lenses，IEEEJournal on Robotics and Automation，1987 3(4)，323～343，DOI：10.1109/JRA.1987.1087109”。
一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法包括图像采集模块、标定场构建模块、运算模块。
图像采集模块包括待标定摄像头、红外线光源装置，所述红外线光源垂直于摄像头光轴方向，照射方向同摄像头视角方向；
待标定摄像头包括摄像头、红外线滤镜，所述红外线滤镜安装于镜头前方，用来过滤除红外线外的其他入射光线；
标定场构建模块包含三坐标测量仪、红外定位小球。所述三维坐标测量仪包含控制其运动的计算机及控制程序；
三维坐标测量仪为一个在六面体的空间范围内，其探头在X、Y、Z三个方向上都可自由移动的装置，可以按照控制程序的控制指令，精确移动到一定范围内的任何指定位置；
三维坐标测量仪，可根据实际需求在所需的六面体空间范围内，每次移动所需的等间隔距离，每次移动到指定的精确位置后，给运算模块反馈当前位置的世界坐标提供给运算模块进行相关处理；
红外定位小球为反光小球，可在红外光源的照射下，被待标定摄像头识别。该红外定位小球固定在三维坐标测量仪的探头上；
运算模块包括计算机及相关运算程序。
本发明揭示了一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，包括如下步骤：
S1：将待标定摄像头放到合适位置，使其视场可以覆盖三坐标测量仪根据实际需求所构建的空间六面体范围。
S2：将红外定位小球固定在三坐标测量仪的探头上。
S3：架设红外光源，使摄像头获取的画面中出现明亮的红外定位小球图像。
S4：运用三坐标测量仪控制程序，控制三坐标测量仪按照需求等间隔移动，每移动到指定位置，都会向运算模块反馈一个移动完成信号，并返回一个当前位置的世界坐标。
S5：运算模块收到反馈信号和特征点的世界坐标后，会运用相关算法，提取出红外定位小球在CMOS上的球心像素坐标，该像素坐标与该世界坐标匹配，并将这一对坐标存入坐标文件中，供标定算法计算使用。
S6：重复S4、S5过程，使三坐标测量仪按照控制程序，运动于整个所需的空间六面体中，完成整个空间六面体的数据采集，将数据存入相关文件中。
S7：根据需求，从坐标文件中提取所需的特征点数据，用这些特征点数据，充当实物标定参照的特征点，完成实物标定参照物的虚拟化，可实现对任意几何图形的模拟，也就是实现了对任意形状的标定参照物的模拟。
S8：使用标定算法，运用提取出来的特征点数据，进行标定运算，得到摄像头的内参和外参，完成标定。
在本发明的至少一个实施例中，固定于三坐标测量仪探头上的可被待标定摄像头识别的红外定位小球。但是所述领域的技术人员无需创造性劳动，就应该想到采用其他具有明显红外特征的材质制成的其他形状标记物体代替所述的定位小球。因此类似的技术方案也没有超过本发明所公开并要求保护的范围。
在本发明的至少一个实施例中，使用的红外线光源、红外线滤镜。但是所述领域的技术人员无需创造性劳动，就应该想到采用其他光源和滤镜代替本发明中的红外线光源和红外线滤镜。因此类似的技术方案也没有超过本发明所公开并要求保护的范围。
本发明的有益效果在于：可以实现灵活、高效、经济的摄像头标定方法，且标定精度不低于传统采用实物标定参照物的标定方法。
附图说明
图1：待标定摄像头示意图
图2：三坐标测量仪示意图
图3：标定场特征点示意图
图4：模拟共面特征点示意图
图5：模拟非共面特征点示意图
图6：系统原理示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
参考图1，待标定摄像头由工业相机、镜头、红外线滤镜组成，红外线滤镜安装在镜头前方，用于过滤除红外线以外的其他光线，使工业相机拍摄的画面中除明亮的红外定位小球的圆斑外，其他区域均为黑色。
参考图2，固定于三坐标测量仪探头上的红外定位小球表面覆盖一层能够反射绝大部分入射红外光线的材料。红外光源发射红外光被小球反射回来，待标定摄像头接收反射回来的光线，其捕捉的画面中会出现一个亮斑。运算模块可根据所述捕捉的画面，计算出所述亮斑的圆心像素坐标。
参考图2，三坐标测量仪的探头可在三坐标测量仪的量程范围内，进行X、Y、Z三轴自由移动，可遍历量程范围内的六面体空间内所有位置。
参考图6，调整待标定摄像头的位置，使三坐标测量仪的量程范围在待标定摄像头的视场范围内，接通红外光源，使待标定摄像头所拍摄的画面中出现可见亮斑。
参考图6，用计算机中的控制程序控制三坐标测量仪的探头按照需求的间隔进行移动，探头移动到指定位置后，会发出一个反馈信号，并返回当前红外定位小球位置的世界坐标，运算模块收到反馈信号后，会计算当前画面中亮斑的圆心像素坐标，并将该圆心像素坐标和返回的红外定位小球位置的世界坐标配对存入相关特征点坐标文件中。
参考图3，三坐标测量仪的探头按照需求所需的间隔遍历完整个三坐标测量仪量程范围内的六面体空间后，特征点坐标文件中的数据就会构成一个标定场，图3是将标定场可视化后的示意图，图中的”x”型点，代表特征点的世界坐标。
参考图4～5，根据标定需求，从特征点坐标文件中提取相应特征点的坐标数据，来模拟标定参照物的特征点。图4中被“O”圈中的特征点为模拟的共面标定参照物的特征点，图5中被“O”圈中的特征点为模拟的非共面标定参照物的特征点。具体选择什么样的特征点，由需求所决定。运算模块运用提取的相应特征点数据运用标定算法来计算出相机的参数，标定过程完毕。
Claims (10)
1.一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于：所述方法包括图像采集模块、标定场构建模块、运算模块；
所述图像采集模块包括待标定摄像头、红外线光源装置，所述红外线光源垂直于摄像头光轴方向，照射方向同摄像头视角方向；
所述待标定摄像头包含摄像头、红外线滤镜，所述红外线滤镜安装于镜头前方，用来过滤除红外线外的其他入射光线；
所述标定场构建模块包含三维坐标测量仪、红外定位小球。所述三维坐标测量仪包含控制其运动的计算机及控制程序；
所述运算模块包含计算机及软件，可进行图像处理及运算的操作。
2.如权利要求1所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述三维坐标测量仪为一个在六面体的空间范围内，其探头在X、Y、Z三个方向上都可自由移动的装置，可以按照控制程序的控制，精确移动到一定范围内的任何指定位置。
3.如权利要求1所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述红外定位小球为反光小球，可在红外光源的照射下，被待标定摄像头识别，该红外定位小球固定在三维坐标测量仪的探头上。
4.如权利要求2所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述三维坐标测量仪，根据实际需求在所需的六面体空间范围内，每次移动所需的等间隔距离，每次移动到指定的精确位置后，向运算模块反馈当前位置的世界坐标。
5.如权利要求4所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述三维坐标测量仪运行至指定位置，并反馈当前世界坐标，该世界坐标被认为是一个特征点的世界坐标。
6.如权利要求4所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述三维坐标测量仪，经过多次等间隔移动，遍历整个六面体空间后，该六面体空间内将包含大量的规则分布的特征点。
7.如权利要求6所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述六面体空间规则分布大量特征点，利用这些特征点可以构建出所需的多种几何体、几何图形。
8.如权利要求7所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述几何体、几何图形的特征点坐标信息可供摄像头标定算法进行标定运算。
9.如权利要求4所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述运算模块收到反馈的世界坐标后，会提取出此时红外定位小球在CMOS上的球心像素坐标，所述球心像素坐标当做所述特征点的CMOS像素坐标。
10.如权利要求4所述的一种构建虚拟标定参照物的摄像头标定方法，其特征在于，所述运算模块包括以下步骤：
S1：三维坐标测量仪根据控制程序指令，精确移动到指定位置。
S2：三维坐标测量仪运动到指定位置后，提供一个反馈信号和当前位置的世界坐标给运算模块。
S3：运算模块收到反馈信号后，提取红外定位小球在CMOS上的球心像素坐标，并将此像素坐标作为与此特征点的世界坐标相匹配的像素坐标写入坐标文件中，供标定算法计算使用。
S4：整个六面体空间采集后，根据实际需求确定标定所需采用的几何图形。
S5：根据所述S4确定的几何图形，从坐标文件中提取出相关特征点的世界坐标、CMOS像素坐标，供标定算法运算。
S6：标定算法根据数据，计算出结果，完成摄像头标定过程。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112802117A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 清华大学苏州汽车研究院（吴江） | 一种激光雷达和摄像头标定参数盲复原方法 |
| CN113433533A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-09-24 | 上海研鼎信息技术有限公司 | 一种tof摄像头测试装置及其测试方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102890821A (zh) * | 2011-07-18 | 2013-01-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 红外摄像机标定方法及系统 |
| CN206441237U (zh) * | 2016-12-29 | 2017-08-25 | 深圳超多维光电子有限公司 | 一种立体摄像头模组的标定装置 |
| CN107492124A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-12-19 | 歌尔股份有限公司 | 鱼眼摄像头的平面标定装置 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102890821A (zh) * | 2011-07-18 | 2013-01-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 红外摄像机标定方法及系统 |
| CN206441237U (zh) * | 2016-12-29 | 2017-08-25 | 深圳超多维光电子有限公司 | 一种立体摄像头模组的标定装置 |
| CN107492124A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-12-19 | 歌尔股份有限公司 | 鱼眼摄像头的平面标定装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112802117A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 清华大学苏州汽车研究院（吴江） | 一种激光雷达和摄像头标定参数盲复原方法 |
| CN112802117B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-04-08 | 清华大学苏州汽车研究院（吴江） | 一种激光雷达和摄像头标定参数盲复原方法 |
| CN113433533A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-09-24 | 上海研鼎信息技术有限公司 | 一种tof摄像头测试装置及其测试方法 |
| CN113433533B (zh) * | 2021-07-09 | 2024-04-19 | 上海研鼎信息技术有限公司 | 一种tof摄像头测试装置及其测试方法 |
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