CN108765500A - 一种旋转台及机器人相机标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转台及机器人相机标定系统，涉及机器人视觉技术领域，其中，旋转台包括外壳、旋转支架和电动机，旋转支架在电动机的带动下与外壳相对旋转，旋转支架上设置有卡槽；用于安装平面镜。旋转台用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使安装于机器人上的相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，从而对相机外参数进行标定；可以避免人为误差，提高相机外参数标定精度。

Description

一种旋转台及机器人相机标定系统

技术领域

本发明涉及机器人视觉技术领域，尤其是涉及一种旋转台及机器人相机标定系统。

背景技术

随着现代机器人视觉技术的发展，机器视觉技术在越来越多的领域得到广泛的应用，尤其是在机器人导航中，更是不可或缺的一部分。对于所有机器人导航技术，首先要解决的就是机器人中的相机标定问题。

现有技术中的相机外参数标定方法，通常利用标志器实现对相机外参数的标定，需要多次拍摄标志器，获取多个角度的标志器图像，利用这些图像进行相机标定。然而这种方法只在相机能够看到标志器的前提下才能实现，并且需要人工不停地调节标志器的角度，操作复杂，同时也会因为多次人为操作而导致人为误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋转台及机器人相机标定系统，进行相机外参数标定，可以避免人为误差，提高相机外参数标定精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种旋转台，所述旋转台用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，对相机外参数进行标定；所述旋转台包括外壳、旋转支架和电动机，所述旋转支架在所述电动机的带动下与所述外壳相对旋转，所述旋转支架上设置有卡槽；用于安装所述平面镜。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述旋转支架上设置有凸起的前侧夹壁和后侧夹壁，所述前侧夹壁和所述后侧夹壁之间形成所述卡槽。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述前侧夹壁上设置有凹陷部。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述卡槽的中线与所述旋转支架的中轴线重合。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述旋转台还包括控制器和与所述控制器连接的电机驱动器；

所述电机驱动器与所述电动机连接，用于在所述控制器的作用下，使电动机带动旋转支架旋转设定的角度。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述旋转台还包括控制按键，所述控制按键与所述控制器连接；

所述控制器用于根据所述控制按键的动作，发送控制所述电动机旋转的指令至所述电机驱动器。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述旋转台还包括与所述控制器连接的指令接收器；

所述指令接收器用于与遥控器连接，接收所述遥控器的控制操作，并发送到所述控制器；

所述控制器，用于根据所述遥控器的控制操作，发送控制所述电动机旋转的指令至所述电机驱动器。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述指令接收器包括蓝牙模块、红外模块或射频模块。

第二方面，本发明实施例还提供一种机器人相机标定系统，所述系统包括：平面镜、机器人、标志器、相机和第一方面任一项所述的旋转台；所述标志器和相机安装于所述机器人上；所述平面镜安放于所述旋转台上；所述旋转台用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，对相机外参数进行标定。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述标志器上包括至少四个预先设置的标志点。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种旋转台及机器人相机标定系统，其中，旋转台包括外壳、旋转支架和电动机，旋转支架在电动机的带动下与外壳相对旋转，旋转支架上设置有卡槽；用于安装平面镜。旋转台用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使安装于机器人上的相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，从而对相机外参数进行标定；可以避免人为误差，提高相机外参数标定精度。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种旋转台的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种旋转台的结构框图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种机器人相机标定系统的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种机器人相机标定系统中标志器的结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种机器人相机标定系统中标志器的结构示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种机器人相机标定系统中标志器的结构示意图；

图标：

1-外壳；2-旋转支架；3-卡槽；4-前侧夹壁；5-后侧夹壁；0-散热孔；

6-旋转台；7-平面镜；8-标志器；9-相机；10-机器人；

11-底座；12-机身；

110-控制器；120-电机驱动器；130-电动机；140-控制按键；141-开关按键；142-旋转角度减小按键；143-旋转角度增加按键；150-指令接收器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中的相机外参数标定方法，通常利用标志器实现对相机外参数的标定，需要多次拍摄标志器，获取多个角度的标志器图像，利用这些图像进行相机标定。然而这种方法只在相机能够看到标志器的前提下才能实现，并且需要人工不停地调节标志器的角度，操作复杂，同时也会因为多次人为操作而导致人为误差。基于此，本发明实施例提供的一种旋转台及机器人相机标定系统，设计简单的平面镜旋转台，并将其用于机器人相机标定，通过平面镜旋转台带动平面镜旋转到不同的位置和姿态，利用相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，进行相机外参数标定，可以避免人为误差，提高相机外参数标定精度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种旋转平台进行详细介绍。

实施例一

本发明实施例提供了一种旋转台，如图1和图2所示。旋转台(即图3中的旋转台6)用于带动平面镜7旋转至预设的角度，以使相机(即图3中的相机9)拍摄到标志器(即图3中的标志器8)在平面镜7中所成的标定图像，对相机外参数进行标定。旋转台6包括外壳1、旋转支架2和电动机130，旋转支架2在电动机130的带动下与外壳1相对旋转，旋转支架2上设置有卡槽3；用于安装平面镜(即图3中的平面镜7)。

可选的，外壳1可以为圆柱体，外壳1的内部可以形成空腔，空腔底部设置有转轴，转轴与旋转支架2连接，用于使旋转支架2完成旋转动作。

可选的，外壳1上设置有散热孔0，用于排气通风以及释放电动机130产生的热量。

旋转支架2上设置有凸起的前侧夹壁4和后侧夹壁5，前侧夹壁4和后侧夹壁5之间形成卡槽3，卡槽用于可拆卸的安装平面镜7。

前侧夹壁4上设置有凹陷部。将前侧夹壁4中央设置成凹陷的，可以避免相机9拍摄标志器8在平面镜7中所成的标定图像时，造成前侧夹壁4对平面镜7的遮挡，增大平面镜7的可利用比率。

卡槽3的中线与旋转支架2的中轴线重合，用于带动平面镜7绕旋转支架2的中轴线旋转。

图2示出了本发明实施例所提供的旋转台的结构框图，如图2所示，旋转台6包括一个或多个控制器110，与控制器110连接的电机驱动器120和控制按键140，以及电动机130。

可选的，外壳1的内部可以形成空腔，控制器110、电机驱动器120和电动机设置在空腔内，控制按键140可以设置在外壳1的外壁上。

控制器110是旋转台6的控制中心，利用各种接口和线路连接整个旋转台的各个部分。控制器110可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，旋转台的旋转动作可以通过控制器110中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的控制器110包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中公开的逻辑框图。

控制器110根据控制按键140的动作，发送控制电动机130旋转的指令至电机驱动器120。

可选的，控制按键140上可以设置有开关按键141，当按下开关按键141，处于打开的状态时，控制器110发送控制电动机130旋转的指令至电机驱动器120。

电机驱动器120与电动机130连接，在控制器110的作用下，使电动机130带动旋转支架2旋转设定的角度。

可选的，可以预先设置旋转支架2单次旋转的角度，以当前平面镜的位置为初始位置，通过顺时针或逆时针以一定单次旋转角度间隔旋转至不同的位置，其中，至少包括三个不同的位置。可选的，控制按键140上还可以设置旋转角度减小按键142和旋转角度增加按键143；可以通过按下旋转角度减小按键142或旋转角度增加按键143，使旋转支架2带动平面镜7旋转至不同的位置。例如，当按下控制按键140的开关按键141，处于打开的状态时，旋转台从初始位置0°开始，每按下一次旋转角度增加按键143，旋转支架2顺时针旋转，每次增加10°；每按下一次旋转角度减小按键142，旋转支架2逆时针旋转，每次减小10°。通过按下旋转角度减小按键142或旋转角度增加按键143，使旋转支架2带动平面镜7旋转到至少三个不同的位置，使得相机9拍摄标志器8在平面镜7中所成的标定图像，共拍摄到至少三张标定图像。

可选的，控制按键140上还可以设置有暂停/继续按键，通过一可选的实施例对其应用进行具体说明。例如，当按下控制按键140的开关按键141，处于打开的状态时，旋转台从初始位置0°开始以10°的间隔角度顺时针旋转，当旋转至10°的位置时，可以按下暂停/继续按键，使旋转台暂停旋转动作，相机9拍摄此时标志器8在平面镜7中所成的标定图像后，再次按下暂停/继续按键，使旋转台继续旋转动作，直至拍摄完所有的标定图像后，按下开关按键141，使控制按键140处于闭合的状态。

可选的，旋转台6还包括与控制器110连接的指令接收器150，指令接收器150可以设置在外壳1形成的空腔内，指令接收器150可以与遥控器连接，接收遥控器的控制操作，并发送到控制器110。控制器110再根据遥控器的控制操作，发送控制电动机130旋转的指令至电机驱动器120。

指令接收器150可以包括蓝牙模块、红外模块或射频模块，以及指示灯。指令接收器150可以通过蓝牙、红外线或射频的方式与遥控器相连接。

蓝牙模块用于通过无线网络通讯方式接收遥控器的控制操作，并发送到所述控制器；

红外模块用于通过红外线接收遥控器的控制操作，并发送到控制器；

射频模块用于通过无线射频方式接收遥控器的控制操作，并发送到控制器；

当蓝牙模块、红外模块或射频模块发生故障时，指示灯进行指示。

需要说明的是，只需控制按键和指令接收器中的任一装置与控制器相连接即可对控制器进行控制操作。

本发明实施例提供的旋转台，应用于机器人相机标定系统，用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使安装于机器人上的相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，从而对相机外参数进行标定；可以避免人为误差，提高相机外参数标定精度。

实施例二

本发明实施例提供了一种机器人相机标定系统，如图2所示。该系统包括平面镜7、机器人10、标志器8、相机9和旋转台6。标志器8和相机9安装于机器人10上，平面镜7安装于旋转台6上，旋转台6用于带动平面镜7旋转至预设的角度，以使相机9拍摄到标志器8在平面镜7中所成的标定图像，对相机外参数进行标定。

机器人10包括相互连接的底座11和机身12。

相机9为2D相机，固定安装在机身12外壁的中间部位，用于拍摄标志器8在平面镜7中所成的标定图像；标志器8固定安装在底座11上。

可选的，相机9和标志器8可以固定安装在机器人10的同侧，以便于相机9能够完整拍摄到标志器8在镜面7中所成的标定图像。

标志器8上包括至少四个预先设置的标志点，标志点处于标志器8的同一平面上。

可选的，标志器8可以为矩形，标志器8上的各个标志点可以组成简单的几何图形。图4示出了本发明实施例所提供的一种机器人相机标定系统中标志器的结构示意图，如图4所示，可选的，标志器8中包含四个标志点，标志点可以为圆形，四个标志点组成一个矩形，以便于以标志点组成的矩形中心为原心建立坐标系，并获得各个标志点圆心在自身坐标系中的坐标；图5示出了本发明实施例所提供的另一种机器人相机标定系统中标志器的结构示意图，如图5所示，可选的，标志器8中包含八个标志点，标志点可以为圆形，八个标志点组成一个圆形，以便于以标志点组成的圆形中心为原点建立标志器坐标系，并获得各个标志点圆心在标志器坐标系中的坐标。

可选的，标志器8还可以是黑白棋盘格，如图6所示，为本发明实施例所提供的另一种机器人相机标定系统中标志器的结构示意图。标志点为黑白矩形相交处的角点，可以以黑白棋盘格的中心为原点建立标志器坐标系，并获得各角点在标志器坐标系中的坐标。

应用本发明实施例提供了的机器人相机标定系统，对相机外参数进行标定，可以转换为求解标志器坐标系相对于相机坐标系的旋转矩阵和位移矩阵。首先，根据实际标志点与实际标志点在任一角度下的平面镜8中的镜面标志点的位置关系，以及镜面标志点与相机9的位置关系，通过三维空间坐标变换，将标志器坐标系转换到相机坐标系，建立由旋转矩阵和位移矩阵表示的第一方程；然后，根据两个相邻角度下的平面镜8所在平面的交线与两个镜面标志点之间的位置关系，建立第二方程；将第一方程与第二方程联立，求解方程组，得到标志器坐标系相对于相机坐标系的旋转矩阵和位移矩阵，从而完成相机外参数的标定。

以机器人底座11的中心为原心建立机器人坐标系，在安装标志器8时，机器人坐标系与标志器坐标系的位置关系已预先确定，又根据标志器坐标系相对于相机坐标系的旋转矩阵和位移矩阵，可以得到相机标志器相对于机器人坐标系的变换矩阵，从而将相机坐标系转换到机器人坐标系，可以实现机器人的精确导航。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种旋转台，其特征在于，所述旋转台用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，对相机外参数进行标定；所述旋转台包括外壳、旋转支架和电动机，所述旋转支架在所述电动机的带动下与所述外壳相对旋转，所述旋转支架上设置有卡槽；用于安装所述平面镜。

2.根据权利要求1所述的旋转台，其特征在于，所述旋转支架上设置有凸起的前侧夹壁和后侧夹壁，所述前侧夹壁和所述后侧夹壁之间形成所述卡槽。

3.根据权利要求2所述的旋转台，其特征在于，所述前侧夹壁上设置有凹陷部。

4.根据权利要求1所述的旋转台，其特征在于，所述外壳上设置有散热孔，用于排气通风以及释放电动机产生的热量。

5.根据权利要求1所述的旋转台，其特征在于，所述旋转台还包括控制器和与所述控制器连接的电机驱动器；

所述电机驱动器与所述电动机连接，用于在所述控制器的作用下，使电动机带动旋转支架旋转设定的角度。

6.根据权利要求5所述的旋转台，其特征在于，所述旋转台还包括控制按键，所述控制按键与所述控制器连接；

所述控制器用于根据所述控制按键的动作，发送控制所述电动机旋转的指令至所述电机驱动器。

7.根据权利要求5所述的旋转台，其特征在于，所述旋转台还包括与所述控制器连接的指令接收器；

所述指令接收器用于与遥控器连接，接收所述遥控器的控制操作，并发送到所述控制器；

所述控制器，用于根据所述遥控器的控制操作，发送控制所述电动机旋转的指令至所述电机驱动器。

8.根据权利要求7所述的旋转台，其特征在于，所述指令接收器包括蓝牙模块、红外模块或射频模块，以及指示灯；

所述蓝牙模块用于通过无线网络通讯方式接收所述遥控器的控制操作，并发送到所述控制器；

所述红外模块用于通过红外线接收所述遥控器的控制操作，并发送到所述控制器；

所述射频模块用于通过无线射频方式接收所述遥控器的控制操作，并发送到所述控制器；

所述指示灯用于提示所述蓝牙模块、红外模块或射频模块的故障状态。

9.一种机器人相机标定系统，其特征在于，所述系统包括：平面镜、机器人、标志器、相机和权利要求1～8中任一项所述的旋转台；所述标志器和相机安装于所述机器人上；所述平面镜安放于所述旋转台上；所述旋转台用于带动平面镜旋转至预设的角度，以使相机拍摄到标志器在平面镜中所成的标定图像，对相机外参数进行标定。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述标志器上包括至少四个预先设置的标志点。