CN109978956A - 采集设备的标定方法、装置及标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采集设备的标定方法、装置及标定系统，涉及图像技术领域。其中，采集设备的标定方法包括获取标定板在每一定点位置时，标定板上的选定特征点对应的位移向量；采集标定板在每一定点位置时的标定板图像；根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵，确定选定特征点对应的中间转换矩阵；依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵，确定待测内参模型对应的矩阵参数。从而减少标定过程中人工干预造成的影响，简化标定繁琐的操作流程，提高得到的矩阵参数精准度。

Description

采集设备的标定方法、装置及标定系统

技术领域

本发明涉及图像技术领域，具体而言，涉及采集设备的标定方法、装置及标定系统。

背景技术

相机标定是图像处理过程中非常关键的环节，标定结果的精度及算法的稳定性直接影响图像处理结果的准确性。

目前采用相机标定方法需要使用尺寸已知的标定物，通过获取标定物上坐标已知的点与图像点之间的对应关系，利用现有算法确定对应内外参数。然而，在标定过程中需要使用采集设备采集标定板多帧不同姿态下的图像数据。每一帧图像数据的采集需要人为调整采集设备的角度并使其保持于此角度，或者需要人工变更标定板的姿态并使其保持于此姿态。这使标定过程十分繁琐且受到人为影响大，精准度也不高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种采集设备的标定方法、装置及标定系统，用于减少人工干预，简化标定繁琐的操作，并提高标定的精准度。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种采集设备的标定方法，应用于采集设备，所述采集设备与标定板相对设置，所述采集设备位置固定，所述标定板可移动地设置于预定的多个定点位置，所述方法包括：获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量为所述选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点的向量；所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

第二方面，本发明实施例提供了一种采集设备的标定装置，应用于采集设备，所述采集设备与标定板相对设置，所述采集设备位置固定，所述标定板可移动地设置于预定的多个定点位置，所述装置包括：获取模块，用于获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量为所述选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点的向量，所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；采集模块，用于采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；确定模块，用于根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；所述确定模块，还用于依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

第三方面，本发明实施例提供一种标定系统，所述标定系统包括采集设备及标定设备；所述标定设备包括安装组件及标定板，所述采集设备固定于所述安装组件的第一端，所述标定板可移动地设置于所述安装组件的第二端上预定的多个定点位置；所述采集设备，用于获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量为所述选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点的向量，所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；所述采集设备，还用于采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；所述采集设备，还用于根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；所述采集设备，还用于依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

相对现有技术，本发明实施例提供的采集设备的标定方法，将采集设备位置固定，使标定板可移动地设置于预定的多个定点位置，并通过获取标定板在每一定点位置时其上选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点对应的位移向量及采集标定板在每一定点位置时的包含选定特征点的标定板图像。依据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定选定特征点对应的中间转换矩阵；最后，利用选定特征点对应的所述中间转换矩阵、待测内参模型及旋转映射矩阵三者之间的关系，确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。减少人工干预对标定结果造成的影响，简化标定繁琐的操作流程。另外，利用获取到的选定特征点在世界坐标系中的位移向量、标定板图像及旋转映射矩阵之间的关联，确定的待测内参模型对应的矩阵参数，精准度更高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，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实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了相关技术中进行标定的示意图之一。

图2示出了相关技术中进行标定的示意图之二。

图3示出了本发明实施例提供的一种标定系统的示意图。

图4示出了本发明实施例提供的采集设备的方框示意图。

图5示出了本发明实施例提供的采集设备的标定方法的步骤流程图。

图6示出了本发明实施例提供的采集设备的标定装置的示意图。

图标：100-采集设备；101-存储器；102-通信接口；103-处理器；104-总线；200-标定设备；211-底板；2112-第一端；2113-第二端；212-固定部；220-标定板；221-选定特征点；230-连接杆；300-标定系统；400-采集设备的标定装置；401-获取模块；402-采集模块；403-确定模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

无论是图像测量领域，还是机器视觉领域均无法避开确定世界坐标系与相机的图像坐标系之间的对应关系这一环节。需要说明的是，上述世界坐标系可以是在现实空间中选定的一位置点为原点，建立的三维坐标系。上述图像坐标系可以是以相机成像得到的图像数据中的一位置点为原点，建立的二维坐标系。例如，可以是图像数据左上角的一个位置点，建立的二维坐标系。

然而，确定上述对应关系则不可避免的需要建立相机成像模型。该相机成像模型的参数就是相机参数，确定这些参数的过程称之为相机标定。

相关技术中，进行相机标定时，可以如图1所示，保持具有相机的采集设备不动，人工调整标定板的位置、姿态，并人工保持标定板在各位置、姿态下，以便采集对应的标定板图像。从而，基于标定板图像和标定板的空间位置，利用张正友标定的公式实现对相机成像模型的参数的确定。

也可以如图2所示，保持标定板不动，人工控制摄像机在不同的位置和姿态下对标定板进行图像采集。从而，基于标定板图像和标定板的空间位置，利用张正友标定的公式实现对相机成像模型的参数的确定。

显然，在上述过程中，人工参与度高，标定结果很容易受人工操作的干扰，很难使标定结果达到预期的精准度。

另外，事实上相机成像模型包括两部分，一部分为从世界坐标系到采集设备的相机坐标系之间的外参模型，外参模型用于将世界坐标系内的位置点映射到相机坐标系中。另一部分为相机坐标系与图像坐标系之间的内参模型，内参模型用于将相机坐标系内的位置点映射到图像坐标系中。需要说明的是，相机坐标系是以采集设备的相机光轴和CCD感光元件的交点为原点所构成的三维坐标系。在相机标定过程中，内参模型的表达受人工影响较大，精度也难以满足预期。

因此，本发明实施例提供了一种采集设备的标定方法、装置及标定系统，用于改善上述问题。

请参照图3，图3示出了本发明实施例提供的标定系统300的示意图。如图3所示，上述标定系统300包括采集设备100及标定设备200。

在本发明实施例中，上述标定设备200包括安装组件及标定板220。采集设备100固定于安装组件的第一端2112，标定板220可移动地设置于安装组件的第二端2113上预定的多个定点位置，使采集设备100与标定板220相对。

可选地，上述安装组件包括底座及固定部212。具体地，底座包括第一端2112和第二端2113。上述固定部212设置于第一端2112，并用于固定所述采集设备100。上述底座的第二端2113上被预先选定多个定点位置。上述标定板220设置于底板211上每一个定点位置时均位于已固定的采集设备100的采集视野内。本发明实施例中，上述多个定点位置在底板211上的排列规则并不做限定。可选地，在选定的多个定点位置在对应的世界坐标系中坐标信息可知时，多个定点位置在底板211上的排列可以是随机的排列。

需要说明的是，上述对应的世界坐标系可以是以在标定系统300中选定的一空间点创建的坐标系。比如，可以是以底座上连接第一端2112和第二端2113的中心线与固定部212的交点为原点，建立的三维坐标系。

当然，为了方便标定过程可以标准化和流程化，也可以如图3所示，多个定点位置A、B、C、D、E、F之间，按照规定间距排列。例如，定点位置A与定点位置B之间间距为L₁，定点位置C与定点位置D之间间距为L₁，定点位置A与定点位置C之间间距为L₂，定点位置B与定点位置D之间间距为L₂；定点位置E到定点位置A与定点位置B之间线段的垂直距离为L₂/2；定点位置E到定点位置A与定点位置C之间线段的垂直距离为L₁/2；定点位置F到定点位置A与定点位置B之间线段的垂直距离为L₂/2；定点位置E到定点位置B与定点位置D之间线段的垂直距离为L₁/2。

具体地，上述标定板220面向被固定的采集设备100的一侧上述具有选定特征点221。可选地，为了标定结果的精度，上述选定特征点221的数量为多个。标定板220在各个定点位置之间移动时，多个选定特征点221均位于采集设备100的视野内。各个选定特征点221在标定板220上随机分布，比如，图3上标定板220上的1号圆、2号圆、3号圆、4号圆、5号圆可以被确定为选定特征点221。图3中，1号圆的中心与各其他圆中心的距离之和最大；中心与1号圆的中心之间的距离最远的是2号圆；除1、2号圆外，距离2号圆的中心最远的为3号圆；在除了1、2号圆外，距离3号圆的中心最远的为4号圆，近的为5号圆。

进一步地，在可能的实施例中，上述标定设备200还可以包括连接杆230。标定板220可以通过连接杆230连接于安装组件的多个定点位置。在标定板220与不同的定点位置连接时，对应的空间位置也不相同。

为了提高标定结果的准确性，可选地，上述连接杆230包括可伸缩结构，用于调节标定板220与安装组件之间的间距，以使标定板220的空间位置可以在各个坐标维度上改变。

可选地，调节标定板220与安装组件之间的间距可以随机确定，连接杆230具有度量调节标定板220与安装组件之间的间距的功能。比如，连接杆230上设有刻度值，或者连接杆230连接标定板220的一端设有距离探测器等。

可选地，为了使标定过程可以标准化和流程化，调节标定板220与安装组件之间的间距可以预先的指定值，例如，标定板220设置于定点位置A时对应的间距为L₀，标定板220设置于定点位置B时对应的间距为L₀+L，标定板220设置于定点位置C时对应的间距为L₀-L，标定板220设置于定点位置D时对应的间距为L₀，标定板220设置于定点位置E时对应的间距为L₀，标定板220设置于定点位置F时对应的间距为L₀。可选地，上述可伸缩结构可以是由驱动电机带动的，也可以是可手动调节的。作为一种可能的实施方式，在每个定点位置上可以设置一携带对应的指定值的电子标签，连接杆230连接所述定点位置的一端设置有标签识别器，标签识别器与电子标签接触时，可以获取其内携带的指定值。并根据获得的指定值控制可伸缩结构的状态，从而将标定板220与安装组件间的间距调整到对应的指定值，使该标定过程可以标准化和流程化。

请参照图4，图4示出了本发明实施例提供的采集设备100的方框示意图。采集设备100可以是具有相机的电子设备。上述采集设备100可以是，但不限于是，照相机、摄像机、智能家居设备、可穿戴设备、智能移动设备(例如，手机、平板电脑)、虚拟现实设备等。采集设备100的操作系统可以是，但不限于，Windows系统、Linux系统等。上述采集设备100包括存储器101、通信接口102、处理器103和总线104，所述存储器101、通信接口102和处理器103通过总线104连接，处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如计算机程序。其中，存储器101可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口(可以是有线或者无线)实现该采集设备100与外部设备之间的通信连接。

总线104可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器101用于存储程序，例如图6所示的采集设备的标定装置400。该采集设备的标定装置400包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述采集设备100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序以实现本发明上述实施例揭示的采集设备的标定方法。

处理器103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，上述方法的各步骤可以通过处理器103中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(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。

请参照图5，图5示出了本发明实施例提供的采集设备的标定方法流程图，应用于标定系统300中的采集设备100。上述采集设备的标定方法包括以下步骤：

步骤S101，获取标定板220在每一定点位置时，选定特征点221在世界坐标系内以初始空间位置为起点对应的位移向量。

在本发明实施例中，标定板220设置于每一个定点位置时，每一选定特征点221在世界坐标系内对应一个空间位置，比如，标定板220设置于定点位置A时，1号圆点(即选定特征点221)在世界坐标系内的空间位置坐标为(X_W1A,Y_W1A,Z_W1A),标定板220设置于定点位置B时，1号圆点(即选定特征点221)在世界坐标系内的空间位置坐标为(X_W1B,Y_W1B,Z_W1B)。进一步地，当标定板220从连接于一定点位置变换到连接于另一个定点位置时，每一选定特征点221在世界坐标系内的空间位置也将出现变化，空间位置的变化可以采用一位移变量表征，比如，标定板220从连接于一定点位置A变换到连接于另一个定点位置B时，1号圆点(即选定特征点221)在世界坐标系内的空间位置变化可以采用位移向量表示。

进一步地，将一定点位置作为起始定点位置。若标定板220设置于起始定点位置，则此时选定特征点221在世界坐标系中的空间位置坐标为初始空间位置。可以理解的，标定板220设置于起始定点位置时，不同的选定特征点221在世界坐标系统内的起始定点位置各不相同。标定板220与每一定点位置连接时，每一选定特征点221相对于初始空间位置均存在一位移向量。

接上例，将定点位置A作为起始定点位置，1号圆点(即选定特征点221)对应的初始空间位置为(X_W1A,Y_W1A,Z_W1A)。标定板220在定点位置A时，1号圆点所对应的位移向量为标定板220在定点位置B时，1号圆点所对应的位移向量为标定板220在定点位置C时，1号圆点所对应的位移向量为标定板220在定点位置D时，1号圆点所对应的位移向量为标定板220在定点位置E时，1号圆点所对应的位移向量为标定板220在定点位置F时，1号圆点所对应的位移向量为

在本发明实施例中，采集设备100获取标定板220在每一定点位置时选定特征点221对应的位移向量的方式：可以是在标定板220在每一定点位置时接收输入的各选定特征点221对应的位移向量。

当然，标定板220在任意两个定点位置时，选定特征点221在世界坐标系的第一维坐标轴方向上的距离变化量和第二维坐标轴方向上的距离变化量为可知的。同时，标定板220与安装组件之间的间距也是已知的，也就是，标定板220在任意两个定点位置时，选定特征点221在世界坐标系的第三维坐标轴方向上的距离变化量也是可知的。因此，作为一种可能的实施方式，标定板220在每一定点位置时选定特征点221对应的位移向量可以预先存储于采集设备100内，底板211上在每一定点位置均可设置一接触感应单元，该接触感应单元可以与采集设备100电性连接。在标定板220通过连接杆230设置于定点位置时，该定点位置对应的接触感应单元可以向采集设备100发送携带该定点位置标识的信号。采集设备100则可以根据携带该定点位置标识的信号，从预先存储的位移向量中获取对应的位移向量。需要说明的是，接触感应单元可以包括接触式传感器，例如，接触感应单元可以包括触控开关，可以通过触控开关的通断识别标定板220是否与定点位置连接。

步骤S102，采集标定板220在每一定点位置时的标定板图像。

在本发明实施例中，上述标定板图像为采集设备100采集到的包括标定板220的图像数据。上述选定特征点221也位于标定板图像内。选定特征点221在标定板图像中的位置信息可以是标定板220上选定特征点221映射到图像坐标系中的位置信息。

作为一种实施方式，采集设备100采集标定板220在每一定点位置时的标定板图像的方式可以是：在标定板220设置于定点位置后，遥控采集设备100进行的一次图像采集。上述遥控的方式可以是人工遥控，也可以是利用接触感应单元配合的遥控。

可以理解的，上述步骤S101和步骤S102之间没有严格的先后顺序。

步骤S103，根据选定特征点221对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点221对应的中间转换矩阵。

在本发明实施例中，选定特征点221对应的位移向量可以包括多个，多个位移向量可以是标定板220在每一定点位置时选定特征点221对应的位移向量。上述标定板图像也可以包括多个，多个标定板图像可以是标定板220在每一定点位置时采集设备100采集到的图像数据。上述中间转换矩阵可以是与待测内参模型相关的矩阵，具体用于计算待测内参模型对应的矩阵参数。上述步骤S103的步骤可以包括：

(1)根据每一标定板图像，获取选定特征点221在采集设备100的图像坐标系中对应的图像坐标信息。可以理解的，每一选定特征点221在每一标定板图像中均对应一图像坐标信息。

(2)依据选定特征点221对应的多个图像坐标信息确定每一对应的位移向量的图像坐标信息。可以理解的，位移向量表征的是标定板220从初始定点位置移动到另一定点位置后选定特征点221的空间变化。因此，每一位移向量对应的图像坐标信息可以包括从初始定点位置对应的标定板图像中获取到的图像坐标信息和从移动后的定点位置对应的标定板图像中获取到的图像位置信息。

(3)根据每一位移向量、每一位移向量对应的图像坐标信息、待测内参模型、世界坐标系与相机坐标系之间的旋转映射矩阵，构建中间转换矩阵、每一位移向量及对应的图像坐标信息三者之间的第一转换公式。

可以理解的，上述相机坐标系是实现选定特征点221从世界坐标系映射到图像坐标系的中间坐标系，也就是，将一选定特征点221从世界坐标系映射到图像坐标系的过程，事实上需要先将选定特征点221在世界坐标系中的空间位置坐标映射到相机坐标系中，以获得在相机坐标系内对应的相机位置坐标。再将相机位置坐标映射到图像坐标系中得到对应的图像坐标信息。

上述待测内参模型则是帮助实现相机坐标系到图像坐标系进行转换的模型，比如，待测内参模型为小孔成像模型时，其为K代表待测内参模型，k_x、s、u₀、k_y、v₀均为待测内参模型对应的矩阵参数；具体地，k_x、k_y为图像坐标系中第一坐标轴(即u轴)、第二坐标轴(即v轴)的尺度因子，s反映两个轴之间的倾斜程度，u₀、v₀为采集设备100的相机光轴和CCD感光元件的交点。可选地，相机坐标系到图像坐标系之间的转换对应关系可以是：

X_P＝(x_c,y_c,z_c)^T及

其中，X_P代表空间中任意一个点P在相机坐标系中对应的相机位置坐标，x_c为该点P在相机坐标系中第一坐标轴对应的坐标值、y_c为该点P在相机坐标系中第二坐标轴对应的坐标值，z_c为该点P在相机坐标系中第三坐标轴对应的坐标值。K代表待测内参模型，u为该点P在图像坐标系中第一坐标轴对应的坐标值，v为该点P在图像坐标系中第二坐标轴对应的坐标值。为点P在图像坐标系中的图像位置信息的齐次形式。

基于上述转换关系，标定板220在各定点位置时，各选定特征点221在相机坐标系及图像坐标系之间的坐标对应关系可以表示为：

其中，X_cij代表第i个选定特征点221在标定板220位于定点位置j时对应的相机位置坐标，如图3中，i的取值可以是1、2、3、4、5，j的取值为A、B、C、D、E和F。可以理解的，标定板220位于同一定点位置时，各选定特征点221在相机坐标系的第三坐标轴对应的坐标值均相同，为了方便，可以将z_cij记做z_cj。

当然，可以理解的，相机坐标系中的点可以通过如下映射关系映射到世界坐标系中：

X_wij＝(x_wij,y_wij,z_wj)^T＝RX_cij+t；

其中，X_Wij代表第i个选定特征点221在标定板220位于定点位置j时对应的空间位置坐标，X_cij代表第i个选定特征点221在标定板220位于定点位置j时对应的相机位置坐标，R代表世界坐标系与相机坐标系之间的旋转映射矩阵；t代表世界坐标系与相机坐标系之间的平移关系矩阵。

在本发明实施例中，基于相机坐标系映射到世界坐标系的映射关系，可以将每一位移向量以相机坐标系内的相机位置坐标表达。例如，在图3中，以定点位置A为初始定点位置，标定板220移动到定点位置B时各选定特征点221的位移向量为：

其中，X_wiA为标定板220在定点位置A时，第i个选定特征点221对应的空间位置坐标；X_wiB为标定板220在定点位置B时，第i个选定特征点221对应的空间位置坐标；为标定板220于定点位置B时第i个选定特征点221对应的位移向量；X_ciA为标定板220在定点位置A时，第i个选定特征点221对应的相机位置坐标；X_ciB为标定板220在定点位置B时，第i个选定特征点221对应的相机位置坐标。R代表世界坐标系与相机坐标系之间的旋转映射矩阵。

进一步地，结合选定特征点221在相机坐标系及图像坐标系之间的坐标对应关系，还可以将每一位移向量以图像坐标系内的相机位置坐标表达。接上例，可表达为：

其中，为标定板220在定点位置A时第i个选定特征点221对应的图像坐标信息的齐次形式；为标定板220在定点位置B时第i个选定特征点221对应的图像坐标信息的齐次形式。z_cA为标定板220在定点位置A时，选定特征点221在相机坐标系的第三坐标轴对应的坐标值；z_cB为标定板220在定点位置B时，选定特征点221在相机坐标系的第三坐标轴对应的坐标值。

进一步地，将KR^-1作为中间转换矩阵，基于上式，则可以构建出中间转换矩阵、每一位移向量及对应的图像坐标信息三者之间关系转换式，即第一转换公式。接上例，具体为：

其中，上述A为中间转换矩阵。下面将A₁、A₂、A₃作为中间转换矩阵的行向量，并将和代入上述关系转换式中，可以进一步解出中间转换矩阵、每一位移向量及对应的图像坐标信息三者之间的第一转换公式。接上例，具体为：

(4)基于同一选定特征点221对应的多个第一转换公式，确定选定特征点221对应的中间转换矩阵。

在本实施例中，标定板220位于不同定点位置时，对应不同的位移向量，因此，同一选定特征点221可以对应多个第一转换公式。进一步地，基于同一选定特征点221可以对应多个第一转换公式，可以构建最小二元方程组。接上例，以定点位置A为初始定点位置，基于将标定板220移动到BCDEF各定点位置后对应的位移向量可以构建出：

其中，j的取值可以是BCDEF，基于该方式，可以建立最小二元方程组为HX＝B；其中，X＝[A₁，A₂，A₃]^T。

为了方便求解，可以先令z_cA＝1，求解出与中间转换矩阵相差一个z_cA因子的X₀＝(X₁，X₂，X₃)。进一步地，根据可以得z_cAX₃＝r₃，其中，R＝[r₁，r₂，r₃]^T，且R为单位正交向量，即R^-1＝R^T。进而求解出z_cA＝|r₃|/|X₃|＝1/|X₃|。这样根据求解出X₀和z_cA得到一选定特征点221对应的中间转换矩阵。

步骤S104，依据选定特征点221对应的旋转映射矩阵、待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

在本发明实施例中，基于不同的选定特征点221按照步骤S103均可得到一个对应的中间转换矩阵。因此，可以利用多个选定特征点221对应的多个中间转换矩阵，确定待测内参模型对应的矩阵参数。在其他实施例中，也可以是根据一选定特征点221对应的中间转换矩阵，确定待测内参模型对应的矩阵参数。

可选地，上述步骤S104可以是：先依据每一选定特征点221对应的所述旋转映射矩阵、待测内参模型及所述中间转换矩阵，构建第二转换公式：A'＝A^-1＝RK^-1＝(a₁，a₂，a₃)。其中，A代表中间转换矩阵，a₁、a₂、a₃为A'的列向量，即均为中间转换矩阵的转置矩阵对应的列向量。

再，基于多个选定特征点221对应的第二转换公式，分解出所述待测内参模型对应的矩阵参数。可以理解的，不同的选定特征点221按照步骤S103得到的对应的中间转换矩阵是有差异的。基于A'＝A^-1＝RK^-1＝(a₁,a₂,a₃)，依据多个选定特征点221对应的多个所述中间转换矩阵，分解出矩阵参数如下：

进而，确定出待测内参模型的各项矩阵参数。可以理解地，选定特征点221越多，得到的矩阵参数精度准确度越高。

请参照图6，图6示出了本发明实施例提供的采集设备的标定装置400的方框示意图。采集设备的标定装置400应用于采集设备100，其包括获取模块401、采集模块402及确定模块403。

获取模块401，用于获取所述标定板220在每一定点位置时，所述标定板220上的选定特征点221对应的位移向量；其中，所述位移向量以所述选定特征点221在世界坐标系中对应的初始空间位置为起点，所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应。

在本发明实施例中，上述步骤S101可以由上述获取模块401执行。

采集模块402，用于采集所述标定板220在每一定点位置时的标定板图像，其中选定特征点221位于所述标定板图像内。

在本发明实施例中，上述步骤S102可以由上述采集模块402执行。

确定模块403，用于根据选定特征点221对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点221对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数。

在本发明实施例中，上述步骤S103可以由上述确定模块403执行。

可选地，所述确定模块403具体用于：根据每一标定板图像，获取所述选定特征点221在所述采集设备100的图像坐标系中对应的图像坐标信息；依据所述选定特征点221对应的图像坐标信息确定每一位移向量对应的图像坐标信息；根据每一位移向量、所述位移向量对应的所述图像坐标信息、所述待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备100的相机坐标系之间的旋转映射矩阵，构建所述中间转换矩阵、每一位移向量及对应的所述图像坐标信息三者之间的第一转换公式；基于同一所述选定特征点221对应的多个所述第一转换公式，确定所述选定特征点221对应的所述中间转换矩阵。

所述确定模块403，还用于依据所述选定特征点221对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

在本发明实施例中，上述步骤S104可以由上述确定模块403执行。

可选地，所述确定模块403具体用于：依据选定特征点221对应的所述旋转映射矩阵、待测内参模型及所述中间转换矩阵，构建第二转换公式；基于多个选定特征点221对应的所述第二转换公式，得到所述待测内参模型对应的矩阵参数。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的一种采集设备的标定方法、装置及标定系统。其中，采集设备的标定方法包括获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量以所述选定特征点在世界坐标系中对应的初始空间位置为起点，所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。减少人工干预造成的影响，简化标定繁琐的操作流程。另外，利用获取到的选定特征点在世界坐标系中的位移向量和多个标定板图像之间的关联，确定的待测内参模型对应的矩阵参数，精准度更高。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (12)

1.一种采集设备的标定方法，应用于采集设备，所述采集设备与标定板相对设置，其特征在于，所述采集设备位置固定，所述标定板可移动地设置于预定的多个定点位置，所述方法包括：

获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量为所述选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点的向量；所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；

采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；

根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；

依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

2.如权利要求1所述的采集设备的标定方法，其特征在于，所述根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵的步骤包括：

根据每一标定板图像，获取所述选定特征点在所述采集设备的图像坐标系中对应的图像坐标信息；

依据所述选定特征点对应的图像坐标信息确定每一位移向量对应的所述图像坐标信息；

根据每一位移向量、每一位移向量对应的所述图像坐标信息、所述待测内参模型、所述旋转映射矩阵，构建所述中间转换矩阵、每一位移向量及每一位移向量对应的所述图像坐标信息三者之间的第一转换公式；

基于同一选定特征点对应的多个第一转换公式，确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵。

3.如权利要求2所述的采集设备的标定方法，其特征在于，所述第一转换公式为：

其中，为标定板在定点位置B时第i个选定特征点对应的位移向量；z_cA为标定板在定点位置A时，选定特征点在相机坐标系的第三坐标轴对应的坐标值；z_cB为标定板在定点位置B时，选定特征点在相机坐标系的第三坐标轴对应的坐标值；为标定板在定点位置A时第i个选定特征点对应的图像坐标信息的齐次形式；为标定板在定点位置B时第i个选定特征点对应的图像坐标信息的齐次形式；R代表世界坐标系与相机坐标系之间的旋转映射矩阵；K代表待测内参模型；KR^-1＝A，均代表中间转换矩阵。

4.如权利要求2所述的采集设备的标定方法，其特征在于，所述依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数的步骤包括：

依据选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵，构建第二转换公式；

基于多个选定特征点对应的第二转换公式，得到所述待测内参模型对应的矩阵参数。

5.如权利要求4所述的采集设备的标定方法，其特征在于，所述第二转换公式为：A'＝A^-1＝RK^-1＝(a₁,a₂,a₃)；

其中，A代表中间转换矩阵；R代表世界坐标系与相机坐标系之间的旋转映射矩阵；K代表待测内参模型；a₁、a₂、a₃均为所述中间转换矩阵的转置矩阵对应的列向量。

6.一种采集设备的标定装置，应用于采集设备，所述采集设备与标定板相对设置，其特征在于，所述采集设备位置固定，所述标定板可移动地设置于预定的多个定点位置，所述装置包括：

获取模块，用于获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量为所述选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点的向量，所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；

采集模块，用于采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；

确定模块，用于根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；

所述确定模块，还用于依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

7.如权利要求6所述的采集设备的标定装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

根据每一标定板图像，获取所述选定特征点在所述采集设备的图像坐标系中对应的图像坐标信息；

依据所述选定特征点对应的图像坐标信息确定每一位移向量对应的所述图像坐标信息；

根据每一位移向量、每一位移向量对应的所述图像坐标信息、所述待测内参模型、所述旋转映射矩阵，构建所述中间转换矩阵、每一位移向量及每一位移向量对应的所述图像坐标信息三者之间的第一转换公式；

基于同一选定特征点对应的多个第一转换公式，确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵。

8.如权利要求7所述的采集设备的标定装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

依据选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵，构建第二转换公式；

基于多个选定特征点对应的第二转换公式，得到所述待测内参模型对应的矩阵参数。

9.一种标定系统，其特征在于，所述标定系统包括采集设备及标定设备；所述标定设备包括安装组件及标定板，所述采集设备固定于所述安装组件的第一端，所述标定板可移动地设置于所述安装组件的第二端上预定的多个定点位置；

所述采集设备，用于获取所述标定板在每一定点位置时，所述标定板上的选定特征点对应的位移向量；其中，所述位移向量为所述选定特征点在世界坐标系内以初始空间位置为起点的向量，所述初始空间位置与所述多个定点位置中的起始定点位置对应；

所述采集设备，还用于采集所述标定板在每一定点位置时的标定板图像，其中所述选定特征点位于所述标定板图像内；

所述采集设备，还用于根据选定特征点对应的位移向量、标定板图像、所述采集设备的待测内参模型、所述世界坐标系与所述采集设备的相机坐标系之间的旋转映射矩阵确定所述选定特征点对应的中间转换矩阵；其中所述中间转换矩阵用于计算所述待测内参模型对应的矩阵参数；

所述采集设备，还用于依据所述选定特征点对应的所述旋转映射矩阵、所述待测内参模型及所述中间转换矩阵确定所述待测内参模型对应的矩阵参数。

10.如权利要求9所述的标定系统，其特征在于，所述安装组件包括底座及固定部，所述底座包括所述第一端和所述第二端；所述固定部设置于所述第一端，并用于固定所述采集设备。

11.如权利要求9所述的标定系统，其特征在于，所述标定设备还包括连接杆，所述标定板通过所述连接杆与所述安装组件的各所述定点位置连接。

12.如权利要求11所述的标定系统，其特征在于，所述连接杆包括可伸缩结构，用于调节所述标定板与所述安装组件之间的间距。