CN110375168A - 一种摄像头标定云台及包含该标定云台的标定工装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摄像头标定装置，具体公开了一种摄像头标定云台及包含该标定云台的标定工装，所述标定云台用于安装待标定的摄像头，包括云台底座，设置在云台底座上的水平转向组件，设置在水平转向组件上的竖直转向组件，及固定在竖直转向组件上的摄像头固定组件；所述摄像头即固定在摄像头固定组件上。该标定云台结构简单，设计巧妙，可在水平方向和竖直方向上调整摄像头的角度，并且能实现摄像头的快速拆装、多种摄像头的替换。而所述标定工装则包括标定云台、云台支架、标定板组件和标定轨道，具有结构简单、设计合理、操作简单、更具兼容性、能在摄像头生产过程中提升质检效率等有益效果。

Description

一种摄像头标定云台及包含该标定云台的标定工装
技术领域
本发明涉及摄像头标定装置，具体涉及摄像头标定云台及包含该标定云台的标定工装。
背景技术
在虚拟现实多目标跟踪技术中，为确定目标物体的空间位置与其在图像中成像的相互关系，必须建立摄像头成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，而求解参数的过程就称之为摄像头标定。摄像头在出厂之前，都需要对摄像头进行标定，以得到摄像头的标定信息，从而使摄像头可以根据标定信息对图像进行处理，使得处理后的图像可以还原三维空间中的物体。现有的用于对机器人、手机等摄像头进行标定的摄像头标定工装通常都包含摄像头标定台和标定板组件，并且二者均需要设置转动装置，才能够调整摄像机与标定板之间的相对位置、对应角度等，以得到更为全面的标定参数。这类标定工装一方面标定操作复杂，调试难度高，占用空间大，另一方面则是这种装置通常仅能够针对一个系列的摄像头进行标定，而无法完成多种摄像头的替换，兼容性差。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种摄像头标定云台，该标定云台结构简单，设计巧妙，可在水平方向和竖直方向上调整摄像头的角度，并且能实现摄像头的快速拆装、多种摄像头的替换。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种摄像头标定云台，用于安装待标定的摄像头，所述标定云台包括云台底座，设置在云台底座上的水平转向组件，设置在水平转向组件上的竖直转向组件，及固定在竖直转向组件上的摄像头固定组件；所述摄像头即固定在摄像头固定组件上。
具体的说，所述水平转向组件包括云台旋转电机和云台底板；所述云台旋转电机固定在云台底座上并连接有程序控制器，云台旋转电机的输出端固定在云台底板中部、以带动云台底板在水平方向转动。
作为一种优选方案，所述云台旋转电机为外转子电机，其两端都设有装配平面，其中，云台旋转电机电机一端的装配平面固定在云台底座上、可旋转外壳一端的装配平面则固定在云台底板下方中部。
更具体的说，所述竖直转向组件包括设置在云台底板两侧的两个旋转支座，分别设置在两个旋转支座内侧的摄像头旋转电机和旋转轴从动支撑块，以及一端与摄像头旋转电机输出端固定、另一端与旋转轴从动支撑块转动连接的旋转标定平台；所述摄像头旋转电机连接程序控制器。
作为一种优选方案，所述旋转标定平台两端分别固定有一块L形旋转平台支座，其中一块旋转平台支座与摄像头旋转电机的输出端固定，另一个旋转平台支座通过转动轴与旋转轴从动支撑块轴承转动连接。
进一步的，所述摄像头固定组件包括设置在旋转标定平台上的摄像头安装座，所述摄像头安装座的正面中部设有与摄像头背面相匹配的凹槽，凹槽两边的摄像头安装座上则对称设有两个用于压住摄像头翻边的摄像头压块。
更进一步的，所述摄像头压块呈7字形，其一端与摄像头安装座转动连接、且摄像头安装座与摄像头压块之间设有复位弹簧。
本发明的另一个目的是为了提供一种包含上述标定云台的摄像头标定工装，该标定工装结构简单，设计合理，操作简单，更具兼容性，能在摄像头生产过程中提升质检效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
摄像头标定工装包括上述标定云台，还包括云台支架、标定轨道和标定板组件，所述云台支架设置在标定云台下方、用于垫高标定云台；所述标定板组件包括印有摄像头需要识别的图像的标定板，所述标定板的高度与摄像头相对应；所述标定板组件滑动安装在标定轨道上、以实现标定板与摄像头之间间距的调整。
进一步的，所述标定轨道连接有轨道电机，轨道电机与程序控制器相连；标定轨道上设有移动安装座，轨道电机为标定轨道提供动力，使移动安装座在标定轨道上来回移动。
更进一步的，所述标定板组件还包括标定板安装座，所述标定板安装座下方固定在移动安装座上，标定板安装座上方设置为U形框，该U形框内设有标定板凹槽，所述标定板即从U形框上方开口处插入标定板凹槽内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明结构简单，设计合理，操作方便，可旋转摄像头以调整其旋转角度、更换多种标定板及变更摄像头与标定板之间的间距，以提高其对摄像头标定的精度，并提升摄像头质检的效率。同时，摄像头安装于标定云台上，不仅可实现快速拆装和摄像头的快速替换，还可以调整摄像头与标定板之间的相对角度，进而得到更多参数，提高标定精度。此外，标定板还可以轻松更换，使得本发明工装更具兼容性。
(2)本发明的标定轨道上设置移动安装座，而标定板组件即安装于该移动安装座上，如此，当轨道电机促使移动安装座移动时，即可实现标定板组件的移动，进而起到调整摄像头与标定板之间间距的目的。云台支架垫高标定云台，其实质是使摄像头与标定板位于同一直线上，标定轨道固定不动，而其上的移动安装座移动，即可在不调整摄像头角度的情况下，实现标定板组件与摄像头间距的调整及标定板的更换，如此可有效提升摄像头的质检效率和质检精度。
(3)本发明的标定板组件中，标定板安装座与移动安装座相接，二者为面与面的相接，稳定性有保障。并且，标定板安装座上方设置还有标定板凹槽的U形框结构，如此，标定板从U形框上方开口处即可插入标定板凹槽，而在需要更换时再取出即可，操作方便，且标定板的三边固定，安装稳定性也有保障。由于标定板组件本身并未设置复杂的机械结构，其仅需要跟随移动安装座移动即可，因此，还可有降低整个组件的制作、安装、拆卸和使用的难度，进而避免其在移动或标定过程中出现偏移等差错的几率，提高标定精度，加长标准板组件的使用寿命。
(4)本发明的标定云台通过云台旋转电机和摄像头旋转电机的运动使得旋转标定平台具有两个旋转自由度，进而让目标摄像头朝向各个角度的方向，进而能够调整摄像头拍摄标定板的角度，得到更多参数，提高标定精度。此外，摄像头安装座是固定目标摄像头的基座，根据不同摄像头的外形结构而不同，多种摄像头安装座可以在此装配位上反复切换以标定不同型号的摄像头。如此，即可实现摄像头的快速拆装及多种摄像头的替换，使整个标定工装更具兼容性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明标定板组件结构示意图；
图3为本发明标定轨道结构示意图；
图4为本发明标定云台结构示意图；
图5为本发明标定云台分解图(零部件)；
图6为本发明标定云台分解图(装配孔位)；
图7为本发明标定云台另一个角度的分解图(零部件)；
图8为本发明标定云台另一个角度的分解图(装配孔位)。
1-标定云台，2-云台支架，3-标定轨道，4-标定板组件，101-云台底座，102-云台旋转电机，103-云台底板，104-旋转支座，105-摄像头旋转电机，106-旋转轴从动支撑块，107-摄像头安装座，108-摄像头，109-旋转标定平台，111-旋转平台支座，301-轨道电机，301-一动安装座，401-标定板安装座，402-标定板，1073-凹槽，1072-摄像头压块，4011-标定板凹槽。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
本实施例是为了提高摄像头质检效率而设计的一种摄像头标定工装，可应用到申请人自行研发的fanbot机器人的质检过程中。参见图1，该摄像头标定工装在使用时，整个工装是是置于水平的平台上的，因此以下所述的“水平转向组件”、“竖直转向组件”中有关的水平、竖直均是以此为参照而进行的描述，当本工装置于竖直墙面等其他不同的工位上时，其对应的参照面即更改为墙面(即其安装面)。本实施例工装主要包括标定云台1、云台支架2、标定轨道3和标定板组件4，为实现自动控制，还可以设置程序控制器，程序控制器可以选用ARM处理器或者其他机器人质检装置常用的处理器，本实施例并未对其结构及连接方式进行改进，因此在此不赘述。一般情况下，所述云台支架1与标定轨道3的相对位置是固定的。所述云台支架2将标定云台1垫高，摄像头即设置在标定云台上，并可在标定云台的带动下在水平或/和竖直方向转动，进而调整摄像头的角度。而所述标定轨道3用于带动标定板组件4移动，来调整其与摄像头之间的距离。如此，即可随时变更摄像头或/和标定板，或者是调整摄像头角度、摄像头与不同标定板之间的间距，操作方便，还可以提高摄像头的质检效率。
具体的说，参见图3，所述标定轨道3的一端设有轨道电机301，标定轨道上设有移动安装座302。所述轨道电机301为标定轨道3提供动力，使得移动安装座302能够在轨道上来回移动。所述轨道电机301为一个伺服电机，其与程序控制器相连，以通过程序控制器调整移动距离，使其调整精度更高，且更省时省力。在此，标定轨道3和轨道电机301可以分别选择现有装置组装，也可以直接选用电动滑轨这类成品。
参见图2，所述标定板组件4包括标定板402和标定板安装座401，所述标定板402上印有摄像头需要识别的图像。而所述标定板安装座401下方固定在移动安装座302上，标定板安装座上方设置为U形框，该U形框内设有标定板凹槽4011，所述标定板402即从U形框上方开口处插入标定板凹槽内，使得标定板组件4能够随移动安装座302在标定轨道3上进行移动。而所述标定板402插入标定板凹槽4011中，一方面是固定标定板，使之能够随移动安装座302的移动而移动，以调整其与摄像头之间的间距，使得摄像头可在多个不同的距离进行标定；另一方面则是该操作十分简单，可随时更换不同的标定板，让摄像头对不同的图案进行识别，使质检效果更准确。
参见图4～图8，由于标定板安装座401和标定轨道3均有一定的高度，因此标定板402的位置是较高的，因此为确保摄像头能够与之在同一水平线上，本实施例在标定云台1下方设置了云台支架2。
所述标定云台1用于安装待标定的摄像头108，并带动摄像头在水平和竖直方向上转动，其主要包括固定在标定支架2上方的云台底座101，设置在云台底座上的水平转向组件，设置在水平转向组件上的竖直转向组件，及固定在竖直转向组件上的摄像头固定组件；所述摄像头108即固定在摄像头固定组件上。
详细的说，所述水平转向组件包括云台旋转电机102和云台底板103。所述云台底座101上有若干装配孔1011，用于将云台底座固定在2云台支架上，所述云台底座101上还有若干装配孔1012用于固定云台旋转电机102。所述云台旋转电机102为外转子伺服电机，其两端都设有装配平面，其中，云台旋转电机电机一端的装配平面固定在云台底座101上。该云台旋转电机102为上方的部件提供了水平方向上的自由度，云台旋转电机102与程序控制器相连，通过程序控制云台旋转电机旋转的角度来决定摄像头朝向的水平方向角度。所述云台底板上有若干装配孔1031，通过装配孔1031与云台旋转电机102可旋转外壳一端的装配平面进行螺纹连接，使得云台底板103上所有结构能够随云台旋转电机102进行旋转。
所述竖直转向组件包括旋转支座104、摄像头旋转电机105、旋转轴从动支撑块106和旋转标定平台109。所述旋转支座104有两个，并分别位于云台底板103两边，所述云台底板103设有若干装配孔1032，通过该装配孔与两个旋转支座104进行连接。所述旋转支座104又通过其上的装配孔1041与摄像头旋转电机105和旋转轴从动支撑块106进行连接。所述摄像头旋转电机105同样为外转子伺服电机，为旋转标定平台109在竖直方向上旋转提供动力，该电机同样为与程序控制器相连，以通过程序控制使得摄像头在竖直方向上朝向某一个角度。所述摄像头旋转电机105与旋转轴从动支撑块106分别连接了两个L形的旋转平台支座111，所述旋转平台支座111为一个转接零件，用于摄像头旋转电机与旋转轴从动支撑块106与旋转标定平台109进行螺纹连接固定，如此，可使旋转标定平台109与旋转平台支座之间、旋转平台支座与云台旋转电机之间、旋转平台支座与旋转轴从动支撑块之间均为面面相接，即使摄像头装配上之后，也可确保其具有良好的安装稳定性。所述的旋转轴从动支撑块106是一个其上固定有轴承的支撑块，与之对应的旋转平台支座外侧则设有旋转轴，使之与旋转轴从动支撑块106转动连接。所述的旋转标定平台109由于有云台旋转电机102以及摄像头旋转电机105的存在，拥有水平和垂直两方向的自由度，可以朝向空间内的任意方向。
所述摄像头固定组件包括设置在旋转标定平台109上的摄像头安装座107。所述的旋转标定平台109有装配螺柱1091和装配螺柱1092，分别用于装配摄像头安装座107和电机驱动板110。所述摄像头安装座107是固定目标摄像头的基座，根据不同摄像头的外形结构而不同，多种摄像头安装座107可以在此装配位上反复切换以标定不同型号的摄像头。所述摄像头安装座107上有装配孔1071，用于与装配螺柱1091进行螺纹连接，所述摄像头安装座107上还有若干摄像头压块1072，所述摄像头压块1072呈7字形，其一端与摄像头安装座转动连接、且摄像头安装座与摄像头压块之间设有复位弹簧，摄像头压块1072可以用手进行拨动使得其能够在一定角度内转动，比如该实施例中压块转动能够压住摄像头108的翻边1081，起到简单的固定作用，同时这种简易的旋转结构能够方便地旋转切换由此可以快速拆装多个同类的摄像头。此外，为防止摄像头因重力作用从摄像头安装座107向下滑动，所述摄像头安装座107上还设置了凹槽1073，所述凹槽特征由目标摄像头108的背部形状特征决定，为仿形特征，也会对目标摄像头108起到限位作用。
应当注意的是，不同的目标摄像头108有对用不同的摄像头安装座107，为一一对应关系。在以不同摄像头作为目标摄像头时，是要将对应的摄像头安装座107一并更换的。
在使用本实施例工装进行摄像头标定的流程如下：
先确认需要标定的目标摄像头108的类型再选择其对应的摄像头安装座107。将摄像头安装座107安装在旋转标定平台109上。利用摄像头压块1072和1073凹槽对目标摄像头108进行限位固定。然后启动标定程序，目标摄像头108旋转到数个角度进行标定，识别标定板402上的图像，结束后标定板组件4在标定轨道3上移动到设定的下一个位置进行再一次标定。如此，多组标定能够检测目标摄像头108在不同朝向角度对不同距离的图像识别率，从而判断目标摄像头108是否为合格产品。
标定完一个摄像头后旋转摄像头压块1072更换下一个摄像头，并再次旋转摄像头压块1072将其固定，进行下一个摄像头的标定。当标定完一批某种摄像头以后需要更换下一种摄像头对应的摄像头安装座107进行另外一种摄像头的标定。根据图形识别的需要也可以更换标定板402。
采用本实施例标定工装来对摄像头进行标定，操作简单，标定精准度高，且标定速度快。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摄像头标定云台，用于安装待标定的摄像头，其特征在于，所述标定云台(1)包括云台底座(101)，设置在云台底座上的水平转向组件，设置在水平转向组件上的竖直转向组件，及固定在竖直转向组件上的摄像头固定组件；所述摄像头(108)即固定在摄像头固定组件上。
2.根据权利要求1所述的一种摄像头标定云台，其特征在于，所述水平转向组件包括云台旋转电机(102)和云台底板(103)；所述云台旋转电机固定在云台底座(101)上并连接有程序控制器，云台旋转电机的输出端固定在云台底板中部、以带动云台底板在水平方向转动。
3.根据权利要求2所述的一种摄像头标定云台，其特征在于，所述云台旋转电机(102)为外转子电机，其两端都设有装配平面，其中，云台旋转电机电机一端的装配平面固定在云台底座(101)上、可旋转外壳一端的装配平面则固定在云台底板(103)下方中部。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种摄像头标定云台，其特征在于，所述竖直转向组件包括设置在云台底板(103)两侧的两个旋转支座(104)，分别设置在两个旋转支座内侧的摄像头旋转电机(105)和旋转轴从动支撑块(106)，以及一端与摄像头旋转电机输出端固定、另一端与旋转轴从动支撑块转动连接的旋转标定平台(109)；所述摄像头旋转电机(105)连接程序控制器。
5.根据权利要求4所述的一种摄像头标定云台，其特征在于，所述旋转标定平台(109)两端分别固定有一块L形旋转平台支座(111)，其中一块旋转平台支座与摄像头旋转电机(105)的输出端固定，另一个旋转平台支座通过转动轴与旋转轴从动支撑块(106)轴承转动连接。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种摄像头标定云台，其特征在于，所述摄像头固定组件包括设置在旋转标定平台(109)上的摄像头安装座(107)，所述摄像头安装座的正面中部设有与摄像头(108)背面相匹配的凹槽(1073)，凹槽两边的摄像头安装座上则对称设有两个用于压住摄像头翻边的摄像头压块(1072)。
7.根据权利要求6所述的一种摄像头标定云台，其特征在于，所述摄像头压块(1072)呈7字形，其一端与摄像头安装座转动连接、且摄像头安装座与摄像头压块之间设有复位弹簧。
8.包含根据权利要求7所述的标定云台的标定工装，其特征在于，所述标定工装还包括云台支架(2)、标定轨道(3)和标定板组件(4)，所述云台支架设置在标定云台(1)下方、用于垫高标定云台；所述标定板组件包括印有摄像头需要识别的图像的标定板(402)，所述标定板的高度与摄像头(108)相对应；所述标定板组件(4)滑动安装在标定轨道上、以实现标定板与摄像头之间间距的调整。
9.包含根据权利要求8所述的标定云台的标定工装，其特征在于，所述标定轨道(3)连接有轨道电机(301)，轨道电机与程序控制器相连；标定轨道上设有移动安装座(302)，轨道电机为标定轨道提供动力，使移动安装座在标定轨道上来回移动。
10.包含根据权利要求8或9所述的标定云台的标定工装，其特征在于，所述标定板组件(4)还包括标定板安装座(401)，所述标定板安装座下方固定在移动安装座上，标定板安装座上方设置为U形框，该U形框内设有标定板凹槽(4011)，所述标定板(402)即从U形框上方开口处插入标定板凹槽内。
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