CN111080717A - 一种摄像头参数自动标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种摄像头参数自动标定装置及方法。该装置包括标定板支架、第一旋转机构、第二旋转机构、旋转台、升降机构、可移动底座、标定板、控制装置和远程控制终端；本发明通过无线通信模块配合远程控制终端，通过远程控制每个电机的转动，实现控制标定板的六个自由度运动，进而实现控制标定装置以完成摄像头的标定工作。操作人员只需要在远程控制终端打开控制软件，在每个自由度的对应栏下输入相应的运动参数，即可实现对标定板的控制，操作简单，有效地提高了标定效率。此外，操作人员同样可以将上述输入参数保存成文件，在下一次标定过程调入使用即可实现一键标定，重复性高。

Description

一种摄像头参数自动标定装置及方法

技术领域

本发明属于自动辅助驾驶技术领域，具体的说是一种摄像头参数自动标定装置及方法。

背景技术

随着智能汽车的发展，尤其是倒车影像、360度全景等技术在汽车领域的快速普及，车载摄像头已成为自动辅助驾驶领域非常重要的一部分。

在使用摄像头之前，首先要完成摄像头参数的标定，其目的是获得摄像头的内参和畸变系数，提高图像的精度和准确性。在标定过程中，操作人员需要使用一张黑白相间的棋盘格纸，并从不同角度拍摄出多张图像，利用相应的标定工具对所采集的图像数据进行选择、处理，以获取摄像头的参数文件。目前，对于摄像头的标定过程仍然存在诸多不便之处，标定精度不高，重复性差，无法实现完全地自动标定。针对现状，需要提供一种可以自动进行标定的装置及方法。

发明内容

本发明提供了一种摄像头参数自动标定装置及方法。该装置结构简单，利用该装置实现的标定方法可以实现远程控制标定装置，操作简单，标定精度高，重复性好，解决了现有摄像头标定方法存在的上述问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种摄像头参数自动标定装置，该装置包括标定板支架0、第一旋转机构1、第二旋转机构2、旋转台3、升降机构4、可移动底座5、标定板6、控制装置53和远程控制终端60；所述标定板6固定在标定板支架0上；所述可移动底座5的上端固定有旋转台3；所述升降机构4的下端放置在旋转台3上，上端与第二旋转机构2的一端相接触；所述第二旋转机构2的另一端与第一旋转机构1的一端固定；所述第一旋转机构1的另一端与标定板支架0固定；所述远程控制终端60与第一旋转机构1、第二旋转机构2、旋转台3、升降机构4和可移动底座5连接；所述控制装置53与远程控制终端60连接。

所述标定板支架0包括支撑板7和多条拼接在一起的型材；所述型材包括横梁8和竖梁9；所述支撑板7通过螺栓与设置在中间的两条竖梁9连接；所述竖梁9的两端通过螺栓与横梁8连接；所述标定板支架0通过支撑板7固定在第一旋转机构1上。

所述第一旋转机构1包括小型减速电机10、第一级齿轮11、第二级齿轮12、定位销13、水平支撑板14、上轴承座15、下轴承座16、曲轴17、上轴瓦18和下轴瓦19；所述小型减速电机10的输出轴与第一级齿轮11连接；所述第一级齿轮11与第二级齿轮12相啮合；所述第二级齿轮12通过定位销13固定在曲轴17上；所述下轴承座16通过螺栓固定在水平支撑板14上；所述上轴承座15通过螺栓与下轴承座16固定；所述上轴瓦18、下轴瓦19与曲轴17的轴颈间隙配合；所述控制装置53与小型减速电机10连接。

所述第二旋转机构2包括第一减速电机20、齿轮传动装置21和竖直支撑板22；所述第一减速电机20的输出轴与齿轮传动装置21连接；所述齿轮传动装置21的输出轴与竖直支撑板22的一侧相固定；所述竖直支撑板22的另一侧通过螺栓与水平支撑板14相固定；所述控制装置53与第一减速电机20连接。

所述升降机构4包括第一电机40、液压缸41、升降杆42和水平支撑板43；所述第一电机40的输出轴与液压缸41连接；所述液压缸41与升降杆42的一端连接；所述水平支撑板43固定在升降杆42的另一端；所述控制装置53与第一电机40连接。

所述可移动底座5包括型材框架54、麦克纳姆轮55和脚轮固定板59；所述麦克纳姆轮55包括第二电机50、传动轴51和滚轮52；所述麦克纳姆轮55通过脚轮固定板59固定在型材框架54的下端；所述第二电机50的输出轴与传动轴51连接；所述传动轴51与滚轮52连接；所述控制装置53与第二电机50连接。

所述旋转台3包括第二减速电机30和载物台31；所述第二减速电机30的输出轴与载物台31连接；所述控制装置53与第二减速电机30连接。

所述控制装置53固定在型材框架54上；所述控制装置53包括控制器58、与控制器58连接的无线通信模块56；所述控制器58通过输出电信号线57连接小型减速电机10、第一减速电机20、第二减速电机30、第一电机40和第二电机50；所述无线通信模块56与远程控制终端60连接。

一种摄像头参数自动标定装置的标定方法，该标定方法包括以下步骤：

步骤一、在远程控制终端60调出摄像头的图像画面；

步骤二、将一种摄像头参数自动标定装置移动至摄像头的视野范围内；

步骤三、在远程控制终端60打开控制软件，根据实际需要，调整标定板6的角度以及位置，同时采集图像；

步骤四、通过标定工具对采集的图像进行选择、处理，生成摄像头的参数文件，完成摄像头的标定。

步骤二所述一种摄像头参数自动标定装置移动具体地涉及到麦克纳姆轮55的运动，用遥控器远程控制，或在远程控制终端60中实现控制；步骤三所述控制软件，调整标定板6的六个自由度；对于标定板6的三个转动自由度，需要在远程控制终端60中输入旋转角度、旋转方向以及角速度；对于标定板6的三个平动自由度，需要在远程控制终端60中输入运动距离、运动方向以及运动速度；并且将上述输入保存成文件，在下一次标定时直接调用即可完成一键自动标定。

本发明的有益效果为：

1本发明通过无线通信模块配合远程控制终端，远程控制标定装置实现自动标定。在不便于移动摄像头的场合，操作人员可以使用遥控器或远程控制终端远程控制4个麦克纳姆轮的转动，自动地将标定装置移动至摄像头视野范围内以完成标定工作，操作方便，适用性强。

2在标定过程中，操作人员只需要在远程控制终端打开控制软件，再选择相应的运动自由度的同时输入其运动参数，通过无线将信号发送至标定装置，远程控制每个电机的转动，实现标定板多角度、多位置的自由运动，操作简单，有效地提高了标定效率。

3操作人员同样可以将上述输入过程以文件的形式保存下来，在下一次标定过程直接调入使用即可实现一键标定，重复性高。其中，在调入文件后，可以通过更改相应的执行参数，完成对标定过程的优化。

4在标定多个摄像头时，可以每个摄像头视野范围内放置一个标定装置，操作人员可以在远程控制终端中同时控制多个标定装置，实现多摄像头同时标定，大大提高了标定效率。同时，标定板支架尺寸可以更改，以适配不同尺寸的标定板，适用范围广。

附图说明

图1为本发明所述的摄像头参数自动标定装置立体图；

图2为本发明的控制流程图；

图3为本发明所述第一旋转结构立体图；

图4为本发明所述麦克纳姆轮安装示意图；

图5为本发明所述控制软件的操作流程图；

图6为本发明所述行星齿轮传动装置爆炸示图；

图7为本发明所述车载摄像头标定过程示意图。

图中：0、标定板支架；1、第一旋转机构；2、第二旋转机构；3、旋转台；4、升降机构；5、可移动底座；6、标定板；7、支撑板；8、横梁；9、竖梁；10、小型减速电机；11、第一级齿轮；12、第二级齿轮；13、定位销；14、水平支撑板；15、上轴承座；16、下轴承座；17、曲轴；18、上轴瓦；19、下轴瓦；20、第一减速电机；21、齿轮传动装置；22、竖直支撑板；23、行星齿轮；24、定位销；25、行星架；30、第二减速电机；31、载物台；40、第一电机；41、液压缸；42、升降杆；43、水平支撑板；50、第二电机；51、传动轴；52、滚轮；53、控制装置；54、型材框架；55、麦克纳姆轮；56、无线通信模块；57、电信号线；58、控制器；59、脚轮固定板；60、远程控制终端；101、车载摄像头；102、车辆。

具体实施方式

参阅图1，一种摄像头参数自动标定装置，包括标定板支架0、第一旋转机构1、第二旋转机构2、旋转台3、升降机构4、可移动底座5、标定板6、控制装置53和远程控制终端60。

参阅图1，所述标定板支架0包括支撑板7和多条拼接在一起的型材；所述型材包括横梁8和竖梁9；所述支撑板7通过螺栓与设置在中间的两条竖梁9连接；所述竖梁9的两端通过螺栓与横梁8连接；所述标定板支架0通过支撑板7固定在第一旋转机构1上。所述标定板支架0可以任意更改尺寸，以适配不同尺寸的标定板6。

参阅图1、图3，所述第一旋转机构1包括小型减速电机10、第一级齿轮11、第二级齿轮12、定位销13、水平支撑板14、上轴承座15、下轴承座16、曲轴17、上轴瓦18和下轴瓦19；所述小型减速电机10的输出轴与第一级齿轮11连接；所述第一级齿轮11与第二级齿轮12相啮合；所述第二级齿轮12通过定位销13固定在曲轴17上；所述下轴承座16通过螺栓固定在水平支撑板14上；所述上轴承座15通过螺栓与下轴承座16固定；所述上轴瓦18、下轴瓦19与曲轴17的轴颈间隙配合；所述上轴瓦18、下轴瓦19起到润滑作用，保证曲轴17平稳可靠的转动。通过远程控制终端60控制小型减速电机10的正反转，可以实现标定板6绕Y方向的旋转运动。

参阅图1，所述第二旋转机构2包括第一减速电机20、齿轮传动装置21和竖直支撑板22；所述第一减速电机20的输出轴与齿轮传动装置21连接；所述齿轮传动装置21的输出轴与竖直支撑板22的一侧相固定；所述竖直支撑板22的另一侧通过螺栓与水平支撑板14相固定；通过远程控制终端60控制减速电机20的正反转，可以实现标定板6绕X方向的旋转运动。

参阅图6，所述齿轮传动装置21采用多级行星齿轮传动，具体地包括行星齿轮23、定位销24和行星架25，可以实现较大的传动比，并可靠地传递电机20的转矩。

参阅图1，所述旋转台3包括第二减速电机30和载物台31；所述第二减速电机30与载物台31相连接，所述载物台31用于承载并固定所述升降机构4以及上面部分的整体，旋转台3固定在可移动底座5上。通过远程控制终端60控制减速电机30的正反转，实现标定板6绕Z方向的旋转运动。

参阅图1，所述升降机构4包括第一电机40、液压缸41、升降杆42和水平支撑板43；电机40与液压缸41相连接；所述液压缸41连接有升降杆42，水平支撑板43固定在升降杆42的顶部，用于固定支撑第二旋转机构2。远程控制终端60控制第一电机40的正反转，通过液压缸41实现升降杆42的升降运动，进而可以实现标定板6在Z方向上的直线运动。

参阅图1、图4，所述可移动底座5包括型材框架54、麦克纳姆轮55和脚轮固定板59；所述麦克纳姆轮55包括第二电机50、传动轴51以及滚轮52，并依次连接在一起。麦克纳姆轮55通过脚轮固定板59固定在型材框架54的下面，用螺栓连接。所述可移动底座5使用四个麦克纳姆轮，远程控制终端60通过控制住四个第二电机50的正反转组合，控制麦克纳姆轮55的前后左右移动，实现标定板6在X方向上的直线运动和在Y方向上直线运动。

参阅图1、图2，所述控制装置53固定在型材框架54上。所述控制装置53包括控制器58、与控制器58连接的无线通信模块56。控制器58通过输出电信号线57连接驱动电机，所述无线通信模块56连接远程控制终端60。所述控制器58用于接收远程控制终端60传来的指令，同时发出指令到相应的电机，完成控制过程。

参阅图5，所述远程控制终端60包括有控制软件，控制软件的操作流程主要包括选择自由度、输入运动参数和执行标定，该流程可以根据需要重复执行。该标定流程可以在关闭软件之前进行保存，在下次标定时可以直接调入之前保存的文件，实现一键标定。

参阅图2，远程控制终端60通过无线通信模块56与控制器58实现通信，控制器58通过电信号线57将控制信号传到每个电机，实现标定装置的远程控制。所述无线通信模块56包括WiFi模块、GPRS模块、4G模块、5G模块中的一种或多种。

本实例采用WiFi模块与5G模块配合使用。所述控制装置53还有与WiFi模块连接的信号天线。信号线的设置可以提高无线连接强度，保证信号可以有效可靠地传输，操作人员只需在远程控制终端操作相应的软件即可完成整个标定过程。

上述标定装置可以通过遥控器控制自动移动至摄像头视野内，适合于摄像头不便移动的场合。同时，标定板支架尺寸可调，适合不同尺寸的标定板，适用性强。上述标定装置通过多电机驱动，可以实现标定板的多角度、多位置的快速调节，可以远程操控标定装置实现摄像头参数的自动标定，不仅操作方便，而且重复性好。在远程控制终端中对多个标定装置同时进行控制，可以实现对多个摄像头的同时自动标定，提高了标定效率。

一种摄像头参数自动标定装置的标定方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在远程控制终端60调出摄像头的图像画面；

步骤二、将一种摄像头参数自动标定装置移动至摄像头的视野范围内；

一种摄像头参数自动标定装置移动具体地涉及到麦克纳姆轮55的运动，用遥控器远程控制，或在远程控制终端60中实现控制；

步骤三、在远程控制终端60打开控制软件，根据实际需要输入相应自由度的运动参数，调整标定板6的角度以及位置，同时采集图像；

由于装置结构的限制，绕Y方向转动的角度应在-30°至30°之间；

控制软件调整标定板6的六个自由度；对于标定板6的三个转动自由度，需要在远程控制终端60中输入旋转角度、旋转方向以及角速度；对于标定板6的三个平动自由度，需要在远程控制终端60中输入运动距离、运动方向以及运动速度；并且将上述输入保存成文件，在下一次标定时直接调用即可完成一键自动标定。

步骤四、通过标定工具(matlab、ros等)对采集的图像进行选择、处理，生成摄像头的参数文件，完成摄像头的标定。

参阅图7，车载摄像头101安装在车辆102上，并布置于四周。在本发明的一个实施例中，远程控制标定装置对多个车载摄像头分别进行自动标定时，需要完成以下步骤：

步骤一、在远程控制终端60调出摄像头的图像画面；

步骤二、将一种摄像头参数自动标定装置移动至车载的前方摄像头的视野范围内；

具体地，操作人员在远程操纵遥控器的前、后、左、右以及转向按钮，遥控器通过无线发出相应的信号传给无线通信模块56，控制器58接收来自无线通信模块56获取的信号，并通过电信号线57发出指令，控制第二电机50的正反转，第二电机50的转动通过传动轴51传递至滚轮52。四个第二电机50的不同正反转组合，可实现标定装置的前后左右移动以及转向，进而使标定装置自动移至标定摄像头视野范围内的合适位置A2处。该操作也可以使用远程控制终端60进行操作；

步骤三、在远程控制终端60打开控制软件，根据实际需要选择将要控制的自由度，输入相应的运动参数，执行并同时采集图像，具体如下：

1在控制软件中选择X或Y方向直线运动自由度，输入运动参数包括运动方向、距离、速度等，执行并采集图像数据。远程控制终端60发出指令并通过无线通信模块56传至控制器58，控制器58通过电信号线57控制四个第二电机50的正反转组合，控制麦克纳姆轮55的转动，实现标定板6在X或Y方向上自由地移动。参阅图7，将标定装置移动至A1和A3处并采集部分图像数据，同时在移动过程中要保持标定板6完全在摄像头视野范围内；

2在控制软件中选择Z方向直线运动自由度，输入运动参数包括运动方向、距离、速度等并执行。远程控制终端60发出指令并依次通过无线通信模块56、控制器58以及电信号线57的传输，控制第一电机40正反转，进而控制液压缸41的压力实现升降杆42在Z方向上的升降，实现标定板6在Z方向上自由地移动，同时采集图像数据；

3在控制软件中选择绕X方向转动自由度，输入运动参数包括转动方向、角度、角速度等并执行。远程控制终端60发出指令并依次通过无线通信模块56、控制器58以及电信号线57的传输，控制第一减速电机20的正反转，经过齿轮传动装置21的传动，实现标定板6绕X方向自由地转动，同时采集图像数据；

4在控制软件中选择绕Y方向转动自由度，输入运动参数包括转动方向、角度、角速度等，由于装置结构的限制，绕Y方向转动的角度输入应在-30°至30°之间，执行操作。远程控制终端60发出指令并依次通过无线通信模块56、控制器58以及电信号线57的传输，控制小型减速电机10正反转，经过第一级齿轮11、第二级齿轮12的啮合传动，实现曲轴17的转动，进而实现标定板6绕Y方向自由地转动，同时采集图像数据；

5在控制软件中选择绕Z方向转动自由度，输入运动参数包括转动方向、角度、角速度等并执行。远程控制终端60发出指令并依次通过无线通信模块56、控制器58以及电信号线57的传输，控制第二减速电机30的正反转，带动载物台31的旋转，进而实现标定板6绕Z方向自由地转动，同时采集图像数据。

上述步骤1-5不分顺序，并且可以重复执行。在采集完所需图像数据后，通过控制软件的保存功能将上述执行参数保存在文件中。

在标定车载的左侧右侧或后方摄像头时，操作人员在远程操纵遥控器，控制标定装置自动移至标定摄像头视野范围内的合适位置，即相应的位置BD或C处。在控制软件中调入之前保存的文件，使标定装置按照上次标定过程执行的参数，依次执行并完成标定板6的移动和图像采集工作。同样地，可以在调入文件后更改相应的输入参数，以优化之前的操作，也可以按照步骤三重新输入运动参数，完成上述工作。

步骤四、通过标定工具(matlab、ros等)对每个摄像头所采集的图像分别进行选择、处理，生成摄像头的参数文件，完成摄像头的自动标定。

在本发明的实施例中，对多个车载摄像头进行标定时，可以在每个摄像头视野范围内放置一个标定装置，并通过远程控制终端60的控制软件实现对多个标定装置的同时控制，实现多摄像头同时自动标定。

Claims (10)

1.一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，该装置包括标定板支架(0)、第一旋转机构(1)、第二旋转机构(2)、旋转台(3)、升降机构(4)、可移动底座(5)、标定板(6)、控制装置(53)和远程控制终端(60)；所述标定板(6)固定在标定板支架(0)上；所述可移动底座(5)的上端固定有旋转台(3)；所述升降机构(4)的下端放置在旋转台(3)上，上端与第二旋转机构(2)的一端相接触；所述第二旋转机构(2)的另一端与第一旋转机构(1)的一端固定；所述第一旋转机构(1)的另一端与标定板支架(0)固定；所述远程控制终端(60)与第一旋转机构(1)、第二旋转机构(2)、旋转台(3)、升降机构(4)和可移动底座(5)连接；所述控制装置(53)与远程控制终端(60)连接。

2.根据权利要求1所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述标定板支架(0)包括支撑板(7)和多条拼接在一起的型材；所述型材包括横梁(8)和竖梁(9)；所述支撑板(7)通过螺栓与设置在中间的两条竖梁(9)连接；所述竖梁(9)的两端通过螺栓与横梁(8)连接；所述标定板支架(0)通过支撑板(7)固定在第一旋转机构(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述第一旋转机构(1)包括小型减速电机(10)、第一级齿轮(11)、第二级齿轮(12)、定位销(13)、水平支撑板(14)、上轴承座(15)、下轴承座(16)、曲轴(17)、上轴瓦(18)和下轴瓦(19)；所述小型减速电机(10)的输出轴与第一级齿轮(11)连接；所述第一级齿轮(11)与第二级齿轮(12)相啮合；所述第二级齿轮(12)通过定位销(13)固定在曲轴(17)上；所述下轴承座(16)通过螺栓固定在水平支撑板(14)上；所述上轴承座(15)通过螺栓与下轴承座(16)固定；所述上轴瓦(18)、下轴瓦(19)与曲轴(17)的轴颈间隙配合；所述控制装置(53)与小型减速电机(10)连接。

4.根据权利要求3所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述第二旋转机构(2)包括第一减速电机(20)、齿轮传动装置(21)和竖直支撑板(22)；所述第一减速电机(20)的输出轴与齿轮传动装置(21)连接；所述齿轮传动装置(21)的输出轴与竖直支撑板(22)的一侧相固定；所述竖直支撑板(22)的另一侧通过螺栓与水平支撑板(14)相固定；所述控制装置(53)与第一减速电机(20)连接。

5.根据权利要求1所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述升降机构(4)包括第一电机(40)、液压缸(41)、升降杆(42)和水平支撑板(43)；所述第一电机(40)的输出轴与液压缸(41)连接；所述液压缸(41)与升降杆(42)的一端连接；所述水平支撑板(43)固定在升降杆(42)的另一端；所述控制装置(53)与第一电机(40)连接。

6.根据权利要求1所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述可移动底座(5)包括型材框架(54)、麦克纳姆轮(55)和脚轮固定板(59)；所述麦克纳姆轮(55)包括第二电机(50)、传动轴(51)和滚轮(52)；所述麦克纳姆轮(55)通过脚轮固定板(59)固定在型材框架(54)的下端；所述第二电机(50)的输出轴与传动轴(51)连接；所述传动轴(51)与滚轮(52)连接；所述控制装置(53)与第二电机(50)连接。

7.根据权利要求1所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述旋转台(3)包括第二减速电机(30)和载物台(31)；所述第二减速电机(30)的输出轴与载物台(31)连接；所述控制装置(53)与第二减速电机(30)连接。

8.根据权利要求6所述的一种摄像头参数自动标定装置，其特征在于，所述控制装置(53)固定在型材框架(54)上；所述控制装置(53)包括控制器(58)、与控制器(58)连接的无线通信模块(56)；所述控制器(58)通过输出电信号线(57)连接小型减速电机(10)、第一减速电机(20)、第二减速电机(30)、第一电机(40)和第二电机(50)；所述无线通信模块(56)与远程控制终端(60)连接。

9.根据权利要求1所述的一种摄像头参数自动标定装置的标定方法，其特征在于，该标定方法包括以下步骤：

步骤一、在远程控制终端(60)调出摄像头的图像画面；

步骤二、将一种摄像头参数自动标定装置移动至摄像头的视野范围内；

步骤三、在远程控制终端(60)打开控制软件，根据实际需要，调整标定板(6)的角度以及位置，同时采集图像；

步骤四、通过标定工具对采集的图像进行选择、处理，生成摄像头的参数文件，完成摄像头的标定。

10.根据权利要求9所述的一种摄像头参数自动标定装置的标定方法，其特征在于，步骤二所述一种摄像头参数自动标定装置移动具体地涉及到麦克纳姆轮(55)的运动，用遥控器远程控制，或在远程控制终端(60)中实现控制；步骤三所述控制软件，调整标定板(6)的六个自由度；对于标定板(6)的三个转动自由度，需要在远程控制终端(60)中输入旋转角度、旋转方向以及角速度；对于标定板(6)的三个平动自由度，需要在远程控制终端(60)中输入运动距离、运动方向以及运动速度；并且将上述输入保存成文件，在下一次标定时直接调用即可完成一键自动标定。

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