CN112184825B - 一种标定板和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标定板和采用该标定板的标定方法，该标定板包括：基板；印制于基板表面的具有多个特征点的特征图案；印制于基板并由特征图案包围的定位基准图形单元；其中，定位基准图形单元包括：静区；内嵌于静区中的定向框；位于所述定向框内部区域中心的中心块，中心块位于特征图案中的任意一个特征点位置处；位于定向框内部区域中的编码矩阵，编码矩阵记载有中心块的设定坐标。本发明的标定板和标定方法，在标定板的特征图案中嵌入含有方向信息和索引坐标信息的定位基准图形单元，替代了采用二维码进行标定的标定板，节省了采用二维码生成软件所需的成本。

Description

一种标定板和标定方法

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，特别涉及一种标定板和标定方法。

背景技术

在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定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，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，求解这些参数的过程称为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，标定结果的精度及算法的稳定性直接影响到相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提，提高标定精度是科研工作的重点所在。

在机器视觉、图像测量、摄影测量、三维重建等应用中，为校正镜头畸变、确定物理尺寸和像素间的换算关系、以及确定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，需要建立相机成像的几何模型。通过相机拍摄带有固定间距图案阵列平板、经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。而带有固定间距图案阵列的平板就是标定板(Calibration Target)。

现有的一种标定板中，在标定板的特征图案中嵌入二维码，二维码中记载标定板的方向、二维码所在区域的索引，进而实现在多相机标定时提供多相机之间的关联信息。但是，这种标定板在制作时，需要利用二维码生成软件，从而增加了标定板的制作成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种标定板和标定方法以及一种电子设备，替代采用二维码进行标定的标定板，以节省采用二维码生成软件所需的成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种标定板，包括：

基板；

特征图案，所述特征图案印制于所述基板的表面，并且所述特征图案中具有多个特征点；

所述标定板还包括：

定位基准图形单元，所述定位基准图形单元印制于所述基板，并且，所述定位基准图形单元由所述特征图案包围；其中，

所述定位基准图形单元包括：

静区；

定向框，所述定向框内嵌于所述静区中；

中心块，所述中心块位于所述定向框内部区域的中心；和

编码矩阵，所述编码矩阵位于所述定向框内部区域中，并且所述编码矩阵记载有所述中心块的设定坐标。

进一步，所述特征图案由多个基本特征单元图案组成，所述多个基本特征单元图案尺寸相等，并且等间隔排列。

进一步，所述定位基准图形单元为至少一个。

进一步，所述定位基准图形单元的尺寸为所述基本特征单元图案的尺寸的至少一倍。

进一步，所述定向框、编码矩阵和中心块之间由静区隔离。

进一步，所述定向框由四根矩形条首尾连接而成；其中，

所述四根矩形条中的三根与另外一根的颜色不同。

进一步，所述中心块所采用的形状与所述编码矩阵中的元素形状不同。

进一步，当所述编码矩阵为至少两个时，至少两个所述编码矩阵均匀地分布于所述中心块的周围，并且每个所述编码矩阵与所述中心块的距离均相等。

进一步，所述编码矩阵中的每个元素的编码为0或1；

由所述编码矩阵中的所有元素排列组成所述中心块的设定坐标。

进一步，所述编码矩阵包括至少两个元素。

进一步，至少两个所述编码矩阵中的每个所述编码矩阵的所有元素排列所组成的所述中心块的设定坐标相同。

进一步，所述编码矩阵记载的所述中心块的设定坐标为所述中心块的索引坐标或者所述中心块的物理坐标。

进一步，所述特征图案为：

棋盘格图案、圆点图案或六边形图案；其中，

当所述特征图案为棋盘格图案时，所述特征点为每个棋盘格的角点；

当所述特征图案为圆点图案时，所述特征点为每个圆点的中心点；

当所述特征图案为六边形图案时，所述特征点为每个六边形的角点。

一种标定方法，包括：

拍摄含有如上任一项所述的标定板的标定板图像，并从所述标定板图像中提取标定板信息；

根据所提取的标定板信息进行标定处理。

进一步，从所述标定板图像中提取标定板信息，包括：

在所述标定板图像中查找所述定位基准图形单元，以获得所述定位基准图形单元的个数、所述定位基准图形单元中的中心块在所述标定板图像中的坐标信息、所述定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标；

在所述标定板图像中查找所述特征点，并获得所述特征点在所述标定板图像中的坐标信息、所述特征点的坐标。

进一步，从所述标定板图像中提取标定板信息，进一步包括：

根据所述标定板的物理尺寸和布局信息，对所述特征点的坐标进行修正。

进一步，根据所述标定板的物理尺寸和布局信息，对所述特征点的坐标进行修正，包括：

将所述定位基准图形单元中的中心块在所述标定板图像中的坐标信息和所述特征点在所述标定板图像中的坐标信息进行二维排序，以确定所述特征点与所述定位基准图形单元中的中心块的空间关系；

根据所述特征点与所述定位基准图形单元中的中心块的空间关系，由所述定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标，推导出所述特征点的坐标；

根据所述标定板中的每个特征点之间的实际物理间距和所述定位基准图形单元相对于所述标定板的原点的物理偏移，对所述特征点的坐标进行修正。

进一步，在所述标定板图像中查找所述定位基准图形单元，以获得所述定位基准图形单元的个数、所述定位基准图形单元中的中心块在所述标定板图像中的坐标信息、所述定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标，包括：

在所述标定板图像中查找所述定位基准图形单元的定向框，以获得所述定向框的个数和方向信息，其中，所述定向框的个数作为所述定位基准图形单元的个数，所述定向框的方向信息作为所述定位基准图形单元的方向信息；

在所述定向框内，查找所述中心块，并确定所述中心块在所述标定板图像中的坐标信息；

由所述定向框和所述中心块确定所述编码矩阵的位置；

获取所述编码矩阵所记载的所述中心块的设定坐标。

进一步，从多个所述编码矩阵获取的所述中心块的多个坐标之间出现差异时，取数量最多的相同坐标为所述中心块的设定坐标。

进一步，获取所述编码矩阵所记载的所述中心块的设定坐标时，将直接获取的所述编码矩阵所记载的数据与数据掩码矩阵进行位异或处理而获得所述中心块的设定坐标。

一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上任一项所述的标定方法中的步骤。

从上述方案可以看出，本发明的标定板和标定方法以及电子设备，在标定板的特征图案中嵌入含有方向信息和坐标信息的定位基准图形单元，以替代采用二维码进行标定的标定板，节省了采用二维码生成软件所需的成本。同时，在定位基准图形单元中由多个编码矩阵记载坐标信息，并且多个编码矩阵记载的引坐标信息相同，进而在进行标定时，在标定板图像中从多个编码矩阵分别获取的坐标信息之间通过对比可得到准确的坐标信息，可避免二维码方式中由于缺少对比而造成二维码读取数据错误的问题。另外，本发明中，在获取坐标时，各个编码矩阵还与数据掩码矩阵进行位异或处理，从而避免了编码矩阵黑白聚集的情况，保障了编码矩阵的坐标信息获取的准确性。

附图说明

图1为本发明的标定板的一个具体实施例示意图；

图2为本发明的标定板的另一个具体实施例示意图；

图3为本发明的标定板中的定位基准图形单元的一个具体实施例示意图；

图4为本发明的标定板中的定位基准图形单元的另一个具体实施例示意图；

图5为本发明实施例中编码矩阵中的元素排列示意图；

图6A为本发明实施例中对编码矩阵进行异或操作所使用的数据掩码矩阵示意图；

图6B为关于数据掩码矩阵的坐标示意图；

图6C为采用掩码公式对黑白方块矩阵进行异或操作的一个实施例示意图；

图6D为采用掩码公式对黑白方块矩阵进行异或操作的另一个实施例示意图；

图7为本发明实施例的标定方法流程图；

图8为本发明实施例的标定板的应用场景示意图；

图9为本发明实施例的标定方法的一个具体执行流程图；

图10为本发明实施例的标定方法中的标定板中的坐标推导示意图；

图11为本发明实施例的电子设备示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1示出了本发明的标定板的一个实施例示意图，图2示出了本发明的标定板的另一个实施例示意图，图3示出了本发明的标定板中的定位基准图形单元的一个具体实施例，图4示出了本发明的标定板中的定位基准图形单元的另一个具体实施例，其中，图3所示的定位基准图形单元为图1中所采用的定位基准图形单元，图4所示的定位基准图形单元为图2中所采用的定位基准图形单元。

如图1、图2所示，本发明实施例的标定板包括基板1、特征图案2和定位基准图形单元3。其中，特征图案2印制于基板1的表面，并且特征图案2中具有多个特征点21。定位基准图形单元3印制于基板1，并且，定位基准图形单元3由特征图案2包围，即特征图案2包围定位基准图形单元3。

其中，如图3、图4所示，定位基准图形单元3包括静区31、定向框32、中心块33和编码矩阵34。其中，定向框32内嵌于静区31中。其中，静区也叫空白区，是指定向框32与中心块33之间、定向框32与编码矩阵34之间、中心块33与编码矩阵34之间、定向框32与特征图案2之间的空白区域，静区用来隔离定向框32和中心块33、隔离定向框32和编码矩阵34、隔离中心块33和编码矩阵34、隔离定向框32和特征图案2，静区的作用是用来做区别，方便定位。中心块33位于定向框32内部区域的中心，并且中心块33可以位于特征图案2中的任意一个特征点位置处，中心块33也可以位于特征点外的任意位置。编码矩阵34位于定向框32内部区域中，并且编码矩阵34记载有中心块33的设定坐标。特别地，编码矩阵34可以为一个或者多个，当编码矩阵34为多个时，多个编码矩阵34位于定向框32内部区域中，并均匀地分布于中心块33的周围，每个编码矩阵34均记载有中心块33的设定坐标。

在可选实施例中，编码矩阵34记载的中心块33的设定坐标为中心块33的索引坐标或者中心块33的物理坐标。

在可选实施例中，特征图案2为棋盘格图案、圆点图案、六边形图案或者其他图案。其中，图1示出的特征图案2为棋盘格图案，图2示出的特征图案2为圆点图案。六边形图案或者其他图案虽然未被附图示出，但在本发明精神原则下，通过图1和图2所示的实施例的记载，可以推广到六边形图案或者其他图案。

当特征图案2为图1所示的棋盘格图案时，特征点为每个棋盘格的角点，即图1中各个方块的四个角位置的点，即图1中标号21所示的位置。当特征图案2为图2所示的圆点图案时，特征点为特征图案2中每个圆点的中心点。以此推广，当特征图案2为六边形图案时，特征点为每个六边形的角点，即各个六边形的六个角位置的点。

本发明实施例中，特征图案2由多个基本特征单元图案组成，多个基本特征单元图案尺寸相等，并且等间隔排列。如图1所示的棋盘格图案中，棋盘格中的所有黑白色的方块的尺寸均相等并且等间隔排列，如图2所示的圆点图案中，所有圆点的尺寸均相等，并且等间隔排列。

在可选实施例中，定位基准图形单元3为至少一个。图1和图2的实施例中，定位基准图形单元3的数量为4个。

在可选实施例中，定位基准图形单元3的尺寸为基本特征单元图案的尺寸的至少一倍，可以是1.1倍、2倍、9倍等。例如，图1和图2所示中，定位基准图形单元3的尺寸为基本特征单元图案的尺寸的四倍。

如图3、图4所示，本发明实施例中，在定位基准图形单元3中，定向框32、编码矩阵34和中心块33之间由静区31隔离。

在可选实施例中，定向框32由四根矩形条首尾连接而成。其中，四根矩形条中的三根与另外一根的颜色不同。具体地，如图3、图4所示，四根矩形条中的三根的颜色为黑色，另外一根的颜色为白色，通过白色矩形条和黑色矩形条的相对位置，可以表示定向框32的开口方向，由定向框32的开口方向可以提供标定板的方向以及编码矩阵34的方向。

在可选实施例中，中心块33所采用的图形与编码矩阵34的图形不同。例如，图3、图4所示，中心块33为方形或圆形同时编码矩阵34中的元素形状为圆形或方形，具体地，当中心块33为方形时编码矩阵34中的元素形状为圆形，当中心块33为圆形时编码矩阵34中的元素形状为方形。在其他可选实施例中，中心块33也可以为其它形状，例如各种正多边形的形状。

在可选实施例中，编码矩阵34为至少一个，在编码矩阵34为至少两个的情况下，至少两个编码矩阵34均匀地分布于中心块33的周围，并且每个编码矩阵34与中心块33的距离均相等。进一步地，在本发明实施例中，如图3、图4所示，编码矩阵34为四个，四个编码矩阵34分别位于中心块33的左上侧、右上侧、左下侧、右下侧，并且每个编码矩阵34与中心块33的距离均相等。在可选实施例中，编码矩阵34中包含至少两个元素。进一步地，在本发明实施例中，编码矩阵34为4×4矩阵，而在其他可选实施例中，编码矩阵34不仅限于4×4矩阵，还可以采用如3×3矩阵、5×5矩阵、6×6矩阵等多阶矩阵，甚至可以使用行列数目不等的矩阵，例如当编码矩阵34中仅包含两个元素时，编码矩阵34可以为1×2矩阵或者2×1矩阵。

在其他可选实施例中，编码矩阵34中的元素形状也可以采用其他正多边形等形状。

本发明实施例中，编码矩阵34中的每个元素的编码为0或1，由编码矩阵34中的所有元素排列组成中心块33的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)。0或1的编码可以由编码矩阵34中的元素的黑白颜色表示，例如元素为白色表示该元素为0，元素为黑色表示该元素为1。

在可选实施例中，位于每个编码矩阵34中的所有元素可以通过以下排列方式得到中心块33的设定坐标：按照蛇形逐行排列每一行中的元素或者按照蛇形逐列排列每一列中的元素。例如，如图5所示，本发明实施例中，位于中心块33的左上侧的编码矩阵34中，所有元素的排列方式为(即通过以下排列方式得到中心块33的设定坐标)：第四行元素从右向左、第三行元素从左向右、第二行元素从右向左、第一行元素从左向右。位于中心块33的右上侧的编码矩阵34中，所有元素的排列方式为(即通过以下排列方式得到中心块33的设定坐标)：第四行元素从左向右、第三行元素从右向左、第二行元素从左向右、第一行元素从右向左。位于中心块33的左下侧的编码矩阵34中，所有元素的排列方式为(即通过以下排列方式得到中心块33的设定坐标)：第一行元素从右向左、第二行元素从左向右、第三行元素从右向左、第四行元素从左向右。位于中心块33的右下侧的编码矩阵34中，所有元素的排列方式为(即通过以下排列方式得到中心块33的设定坐标)：第一行元素从左向右、第二行元素从右向左、第三行元素从左向右、第四行元素从右向左。图5所示实施例仅为举例性说明，不用以限定编码矩阵34中的元素的排列方式，在本发明的精神原则下，还可采用其他各种可预先约定的排列方式。

从图5可以看出，位于中心块33右上侧的编码矩阵34中的所有元素的排列方式与位于中心块33左上侧的编码矩阵34中的所有元素的排列方式呈镜像对称；位于中心块33左下侧的编码矩阵34中的所有元素的排列方式与位于中心块33左上侧的编码矩阵34中的所有元素的排列方式呈镜像对称；位于中心块33右下侧的编码矩阵34中的所有元素的排列方式与位于中心块33左下侧的编码矩阵34中的所有元素的排列方式呈镜像对称。

在可选实施例中，至少一个编码矩阵34中的每个编码矩阵34的所有元素排列所组成的中心块33的设定坐标相同。进一步地，在本发明实施例中，如图3、图4所示，四个编码矩阵34中的每个编码矩阵34的所有元素排列所组成的中心块33的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)相同。

本发明实施例中，举例两种编码方案，具体如下。

编码方案一

定位基准图形单元3采用四位数字的码值，具体采用两个两位数构成，分别表示X和Y方向的编号，X和Y均为两位数，其形式表示为X₀X₁Y₀Y₁，即X＝X₀X₁，Y＝Y₀Y₁，X₀、X₁、Y₀、Y₁均为四位数(二进制)，X₀、X₁、Y₀、Y₁的取值范围均为0～9(二进制)，其中X₀＝x0x1x2x3，X₁＝x4x5x6x7，Y₀＝y0y1y2y3，Y₁＝y4y5y6y7，需要说明的是，虽然X₀、X₁、Y₀、Y₁均采用4bit数字的码值，能够表示16个数值，但是在编码方案一中，X₀、X₁、Y₀、Y₁的取值范围只取0～9。

在其他可选实施例中，类似地，可通过增加编码区域行和列的方式，扩大X和Y的范围。

如图5所示，每个编码矩阵34中的x0元素与中心块33最近，每个编码矩阵34均从x0元素开始以图5所示中的箭头方向进行蛇形扫描，从而得到x0x1x2x3x4x5x6x7y0y1y2y3y4y5y6y7，其中，X₀＝x0x1x2x3，X₁＝x4x5x6x7，Y₀＝y0y1y2y3，Y₁＝y4y5y6y7。为了提升抗干扰性，四个编码矩阵34中的每个编码矩阵34的所有元素排列所组成的中心块33的索引坐标都相同，进而在译码时，取最多相同码值的码值作为最终码值。

编码方案二

定位基准图形单元3采用两个八位数字的码值，分别表示X和Y方向的编号，其形式表示为XY。X和Y都采用八位(二进制)表示，X和Y范围均为0～127(二进制)。

在其他可选实施例中，类似地，可通过增加编码区域行和列的方式，扩大X和Y的范围。

如图5所示，每个编码矩阵34中的x0元素与中心块33最近，每个编码矩阵34均从x0元素开始以图5所示中的箭头方向进行蛇形扫描，从而得到x0x1x2x3x4x5x6x7y0y1y2y3y4y5y6y7，其中，X＝x0x1x2x3x4x5x6x7，Y＝y0y1y2y3y4y5y6y7。为了提升抗干扰性，四个编码矩阵34中的每个编码矩阵34的所有元素排列所组成的中心块33的索引坐标都相同，进而在译码时，取最多相同码值的码值作为最终码值。

为了使编码矩阵34中的黑白方块尽量不发生黑白聚集的情况，在可选实施例中，通过采用如图6A所示的数据掩码矩阵，即(row+col)％2掩码，编码矩阵34中的各个元素的值非0即1，与数据掩码对应位进行异或操作。若二进制数值为1，则在编码矩阵34中的相应位置由黑色方块表示；若二进制数值为0，则在编码矩阵34中的相应位置由白色方块表示。

关于掩码公式(row+col)％2，其中row表示数据所在行号，col表示数据所在列号，％表示取余操作符。

如图6B所示，假设x0、x1、x2、x3所在行号为0(row0)；x4、x5、x6、x7所在的行号为1(row1)；y0、y1、y2、y3所在行号为2(row2)；y4、y5、y6、y7所在的行号为3(row3)；x0、x7、y0、y7所在列号为0(col0)；x1、x6、y1、y6所在列号为1(col1)；x2、x5、y2、y5所在列号为2(row2)；x3、x4、y3、y4所在列号为3(col3)；由掩码公式(row+col)％2可以获得掩码图像如图6A所示，例如同时参见图6A、图6B所示有：(row0+col3)％2＝(0+3)％2＝1。

采用掩码公式对编码矩阵34进行异或操作的好处在于，可以在编码区域比较大时，减少黑白方块发生黑白聚集的情况，提升译码时分割效率，关于减少黑白方块发生黑白聚集的情况的效果可参见图6C、图6D所示。

本发明实施例还提供了一种标定方法，如图7所示，主要包括以下步骤：

步骤1、拍摄含有前述任一项实施例所述的标定板的标定板图像，并从标定板图像中提取标定板信息；

步骤2、根据所提取的标定板信息进行标定处理。

需要说明的是，在单个相机机器视觉应用中，由于只需要标定出单个相机与被测物体(被拍摄物体)之间的关系(该关系通常为仿射变换矩阵)，所以标定板的定位基准图形单元只需要一个。而在多个相机机器视觉应用中，由于应用视野较大，需要标定出多个相机与被测物体(被拍摄物体)之间的关系，或者多个相机之间的关系，因此，标定板中的定位基准图形单元需要多个。在应用前，需要确定定位基准图形单元的个数、位置、所携带的信息、标定板大小等规格信息。然后，再制作出合适的标定板。

在相机标定应用中，标定板位姿描述了在标定板与相机之间存在相对运动时，标定板如何展示在相机中。在某些相机机器视觉应用中，需要标定出相机和运动的被测物体(被拍摄物体)之间的坐标关系，这称为手眼标定。在手眼标定中，标定板会放置在多个不同位姿处，由此可以确定在运动坐标系中相机和标定板的位姿。在其他一些机器视觉应用中，不存在运动的被测物体(被拍摄物体)，即不需要标定出相机和运动的被测物体(被拍摄物体)之间的坐标关系，这称为非手眼标定。此时，标定板可以采用一种位姿。

在可选实施例中，步骤1中的从标定板图像中提取标定板信息，包括：

步骤11、在标定板图像中查找定位基准图形单元，以获得定位基准图形单元的个数、定位基准图形单元中的中心块在标定板图像中的坐标信息、定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)；

步骤12、在标定板图像中查找特征点，并获得特征点在标定板图像中的坐标信息、特征点的坐标(索引坐标或者物理坐标)。

在可选实施例中，步骤1中的从标定板图像中提取标定板信息还包括有对特征点的坐标进行修正的步骤，具体包括在步骤12之后的如下步骤：

步骤13、根据标定板的物理尺寸和布局信息，对特征点的坐标(索引坐标或者物理坐标)进行修正。其中，标定板的物理尺寸和布局信息包括：标定板中的每个特征点之间的实际物理间距，以及定位基准图形单元相对于标定板的原点的物理偏移，其中，标定板的原点可进行人为设定，例如标定板左上角作为标定板原点。

在可选实施例中，步骤11和步骤12没有必然的先后执行顺序，可以先执行步骤11后执行步骤12，也可以先执行步骤12后执行步骤11。

在可选实施例中，定位基准图形单元的方向信息由定向框的方向来确定。

在可选实施例中，步骤11的在标定板图像中查找定位基准图形单元，以获得定位基准图形单元的个数、定位基准图形单元中的中心块在标定板图像中的坐标信息、定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)，包括：

步骤111、在标定板图像中查找定位基准图形单元的定向框，以获得定向框的个数和方向信息，其中，定向框的个数作为定位基准图形单元的个数，定向框的方向信息作为定位基准图形单元的方向信息；

步骤112、在定向框内，查找中心块，并确定中心块在标定板图像中的坐标信息；

步骤113、由定向框和中心块确定编码矩阵的位置；

步骤114、获取编码矩阵所记载的中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)。

在可选实施例中，步骤111中查找定位基准图形单元的定向框的执行过程为：

首先，对标定板图像进行图像二值化处理；然后，对二值化的标定板图像进行连通域查找，通过连通域的面积、周长信息筛选出定向框，获得定向框的个数、每个定向框的位置和方向。定向框的方向作为定位基准图形单元的方向。

在可选实施例中，步骤112中，可以通过连通域分析算法获得中心块的图像坐标。中心块的中心坐标作为定位基准图形单元的中心坐标。进而在标定板图像中，中心块的中心图像坐标作为定位基准图形单元的中心图像坐标。

在可选实施例中，步骤114中，按照图5中箭头方向的蛇形扫描，获得每个编码矩阵记载的信息(二值信息)。

在可选实施例中，在步骤114中，从多个编码矩阵获取的中心块的多个坐标(索引坐标或者物理坐标)之间出现差异时，取数量最多的相同坐标(索引坐标或者物理坐标)作为中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)。例如，基于图1、图2、图3、图4实施例中，编码矩阵数量为四个，从四个编码矩阵获取的中心块的四个坐标值之间出现差异时，如果四个坐标值中有三个坐标值是相同的，而另外一个坐标值与该三个坐标值不同，则取这三个相同的坐标值作为中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)。

在可选实施例中，步骤114中，获取编码矩阵所记载的中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)时，将直接获取的编码矩阵所记载数据与数据掩码矩阵进行位异或处理而获得中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)。其中，进行位异或处理时，可采用编码矩阵与如图6A所示的数据掩码矩阵进行异或操作来得到定位基准图案的坐标(索引坐标或者物理坐标)，具体地，编码矩阵的各个元素与数据掩码矩阵中对应位置进行异或操作。

在图1所示实施例中，特征点为棋盘格角点，在图2所示实施例中，特征点为圆点中心。

针对图1所示实施例，在可选实施例中，步骤12可具体包括：

通过Canny边缘检测算子提取棋盘格图像边缘，然后使用Hough算法提取边缘图中的直线，利用直线交点确定棋盘格角点图像坐标。棋盘格角点索引坐标表示为(x,y)，其中x表示列方向，y表示行方向。比如最靠近图像左上角的棋盘格角点为(0,0)索引；然后依次按照从左到右、从上到下给予每个角点坐标索引。

针对图2所示实施例，在可选实施例中，步骤12可具体包括：

通过Hough圆查找算法确定圆点图像坐标。圆点索引坐标表示为(x,y)，其中x表示列方向，y表示行方向。比如最靠近图像左上角的圆点作为(0,0)索引，然后依次按照从左到右、从上到下给予每个圆点坐标索引。

在可选实施例中，步骤13的根据标定板的物理尺寸和布局信息，对特征点的坐标(索引坐标或者物理坐标)进行修正，具体包括如下步骤131、步骤132和步骤133：

步骤131、将定位基准图形单元中的中心块在标定板图像中的坐标信息和特征点在标定板图像中的坐标信息进行二维排序，以确定特征点与定位基准图形单元中的中心块的空间关系。

在一个可选实施例中，二维排序包括先按照行坐标排序，再按照列坐标排序；在一个可选实施例中，二维排序包括先按照列坐标排序，再按照行坐标排序。

步骤132、根据步骤131得出的特征点与定位基准图形单元中的中心块的空间关系，由定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标(索引坐标或者物理坐标)，推导出特征点的坐标(索引坐标或者物理坐标)。

图10所示为一个具体实施例的标定板中的坐标推导示意图，如图10所示，定位基准图形单元的中心块的索引坐标为(0,0)，该索引坐标是从定位基准图形单元中的编码矩阵读出，定位基准图形单元的中心块的图像坐标为(300,300)，定位基准图形单元右方虚线框中的特征点的图像坐标为(500,300)，其中，定位基准图形单元的中心块的图像坐标以及各个特征点的图像坐标是通过步骤11和步骤12中在标定板图像中的查找定位基准图形单元而获得的。由于标定板中的特征点是均匀排列的，所以利用步骤131确定各个特征点与定位基准图形单元中的中心块的空间关系，可以推导出各个特征点的索引坐标，例如图10中的定位基准图形单元右方虚线框中的特征点的图像坐标是(500,300)，定位基准图形单元的中心块的图像坐标为(300,300)，可以推知定位基准图形单元右方虚线框中的特征点相差定位基准图形单元的中心块右边两个特征点位，而定位基准图形单元的中心块的索引坐标为(0,0)，因此，定位基准图形单元右方虚线框中的特征点的索引坐标为(2,0)。再如图10中的定位基准图形单元左上方虚线框中的特征点的图像坐标是(100,100)，定位基准图形单元的中心块的图像坐标为(300,300)，可以推知定位基准图形单元左上方虚线框中的特征点相差定位基准图形单元的中心块左边两个特征点位和上边两个特征点位，而定位基准图形单元的中心块的索引坐标为(0,0)，因此，定位基准图形单元左上方虚线框中的特征点的索引坐标为(-2,-2)。通过该方法，可推导出标定板中的每个特征点的索引坐标。关于物理坐标的推导可以参见上述索引坐标推导，不再赘述。

步骤133、可选地，可以对步骤132获得的特征点的坐标(索引坐标或者物理坐标)进行修正。

在可选实施例中，步骤133中，可根据标定板中的每个特征点之间的实际物理间距和定位基准图形单元相对于标定板的原点的物理偏移，对特征点坐标(索引坐标或者物理坐标)进行修正。在该实施例中，标定板的物理尺寸和布局信息包括：标定板中的每个特征点之间的实际物理间距和定位基准图形单元相对于标定板的原点的物理偏移。

以索引坐标为例，例如，标定板中每个特征点之间的实际物理间距为S，参照图10所示，坐标为(0,0)的定位基准图形单元相对标定板原点(可进行人为设定，例如标定板左上角作为标定板原点)的物理偏移为(ox,oy)。标定板中任意一个特征点的索引坐标为(x,y)，设修正后的特征点索引坐标为(x’,y’)，则

x’＝S×x+ox

y’＝S×y+oy

例如，如图10所示实施例中，标定板中每个特征点之间的实际物理间距S为10mm，物理偏移(ox,oy)为(30mm,30mm)，定位基准图形单元右方虚线框中的特征点的索引坐标为(2,0)，则定位基准图形单元右方虚线框中的特征点修正后的索引坐标为

(10×2+30,10×0+30)＝(50,30)

同理可推导出定位基准图形单元左上方虚线框中的特征点修正后的索引坐标为(10,10)。通过该方法，可修正标定板中的每个特征点的索引坐标。

对物理坐标的修正可参见上述索引坐标修正过程，此处不再赘述。

从图10可以看出，对坐标的修正也包括了对定位基准图形单元的中心块的设定坐标的修正，例如图10所示的定位基准图形单元的中心块的索引坐标的修正。这种修正是针对标定板中原点所在位置的修正，属于坐标调整方面的修正。

本发明实施例的标定板可应用于多个相机的机器视觉应用系统的标定，如图8所示，其中，尽管图8中描绘了4个相机，但是机器视觉应用系统可以使用更少或者更多的相机来拍摄同一场景。每个相机的视野可以存在重叠区域或者不存在重叠区域，如图8所示中的虚线区域。甚至，机器视觉应用系统可以只使用一个相机。

图9示出了采用本发明实施例的标定板进行多相机标定的过程，包括：

步骤a、确定所要制作的标定板的尺寸，制作标定板，之后进入步骤b；

步骤b、确定标定板的位姿，之后进入步骤c；

步骤c、将标定板放置于确定好的位姿上，之后进入步骤d；

步骤d、相机抓取标定板图像，之后进入步骤e；

步骤e、在所抓取的标定板图像，对标定板进行定位处理，获得标定板信息，之后进入f；

步骤f、判断相机是否便利完成，即判断是否所有相机均完成步骤d和步骤e，如果是，则进入步骤g，否则返回步骤d；

步骤g、判断标定板位姿是否移动完成，如果是则进入步骤i，否则进入步骤h；

步骤h、将标定板移动至下一个位姿，之后返回步骤b；

步骤i、进行标定处理。

在可选实施例中，标定处理包括有手眼标定和非手眼标定，手眼标定和非手眼标定均可采用已有技术实现，此处不再赘述。

本发明实施例的标定板和标定方法，在标定板的特征图案中嵌入含有方向信息和索引坐标信息的定位基准图形单元，以替代采用二维码进行标定的标定板，节省了采用二维码生成软件所需的成本。同时，在定位基准图形单元中由多个编码矩阵记载索引坐标信息，并且多个编码矩阵记载的索引坐标信息相同，进而在进行标定时，在标定板图像中从多个编码矩阵分别获取的索引坐标信息之间通过对比可得到准确的索引坐标信息，可避免二维码方式中由于缺少对比而造成二维码读取数据错误的问题。另外，本发明实施例中，在获取的索引坐标时，各个编码矩阵还进行位异或处理，从而避免了编码矩阵黑白聚集的情况，保障了编码矩阵的索引坐标信息获取的准确性。

另外，在本发明实施例中，在编码过程中，对将要记录于编码矩阵中的真实数据与数据掩码矩阵进行异或操作，得到避免黑白聚集情况的编码矩阵图形，在译码过程中，对编码矩阵图形同样采用与数据掩码矩阵进行异或操作的手段，并且，在编码时采用的数据掩码矩阵和译码时采用的数据掩码矩阵相同，因为异或遵循如下结合律：

a⊕(a⊕b)＝(a⊕a)⊕b

因此，若将a定义为数据掩码矩阵，将b定义为编码时将要记录于编码矩阵中的真实数据，则上述等式左边中的(a⊕b)则表示了在编码时对真实数据与数据掩码矩阵进行异或操作，若将(a⊕b)的结果定义为c，则c即表示了避免黑白聚集情况的编码矩阵图形，那么上述等式左边的内容即为

a⊕(a⊕b)＝a⊕c

而上式右侧的a⊕c表示了在译码时将编码矩阵图形与数据掩码矩阵进行的异或操作。

从上述两式可知

a⊕c＝a⊕(a⊕b)＝(a⊕a)⊕b

而本领域人员知晓的是，相同数值的异或值为0，即上式中a⊕a＝0，则有

a⊕c＝a⊕(a⊕b)＝(a⊕a)⊕b＝0⊕b

而本领域人员知晓的是，0与非零数异或等于该非零数，则如果b为非零数则有

a⊕c＝a⊕(a⊕b)＝(a⊕a)⊕b＝0⊕b＝b

其中，因为b定义为编码时将要记录于编码矩阵中的数据，所以从上式可以看出，在译码过程中，对编码矩阵图形与数据掩码矩阵(与编码时采用的数据掩码矩阵相同)进行异或操作能够得到原始的编码时的真实数据。

所以，本发明实施例中，在编码过程中和译码过程中采用了相同的数据掩码矩阵分别对将要记录于编码矩阵中的真实数据和编码矩阵图形进行异或操作，能够在译码时得到记录于编码矩阵图形中的原始编码信息。

本发明实施例还提供了一种电子设备，其结构可参见图11所示，该电子设备包括：至少一个处理器41；以及，与所述至少一个处理器41通信连接的存储器42；其中，所述存储器42存储有可被所述至少一个处理器41执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器41执行，以使所述至少一个处理器41执行如上述各项实施例中任一项所述的编码图形的打码方法中的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (21)

1.一种标定板，包括：

基板；

特征图案，所述特征图案印制于所述基板的表面，并且所述特征图案中具有多个特征点；

其特征在于，所述标定板还包括：

定位基准图形单元，所述定位基准图形单元印制于所述基板，并且，所述定位基准图形单元由所述特征图案包围；其中，

所述定位基准图形单元包括：

静区；

定向框，所述定向框内嵌于所述静区中；

中心块，所述中心块位于所述定向框内部区域的中心；和

编码矩阵，所述编码矩阵位于所述定向框内部区域中，并且所述编码矩阵记载有所述中心块的设定坐标。

2.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述特征图案由多个基本特征单元图案组成，所述多个基本特征单元图案尺寸相等，并且等间隔排列。

3.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述定位基准图形单元为至少一个。

4.根据权利要求2所述的标定板，其特征在于：

所述定位基准图形单元的尺寸为所述基本特征单元图案的尺寸的至少一倍。

5.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述定向框、编码矩阵和中心块之间由静区隔离。

6.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述定向框由四根矩形条首尾连接而成；其中，

所述四根矩形条中的三根与另外一根的颜色不同。

7.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述中心块所采用的形状与所述编码矩阵中的元素形状不同。

8.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

当所述编码矩阵为至少两个时，至少两个所述编码矩阵均匀地分布于所述中心块的周围，并且每个所述编码矩阵与所述中心块的距离均相等。

9.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码矩阵中的每个元素的编码为0或1；

由所述编码矩阵中的所有元素排列组成所述中心块的设定坐标。

10.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码矩阵包括至少两个元素。

11.根据权利要求8所述的标定板，其特征在于：

至少两个所述编码矩阵中的每个所述编码矩阵的所有元素排列所组成的所述中心块的设定坐标相同。

12.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码矩阵记载的所述中心块的设定坐标为所述中心块的索引坐标或者所述中心块的物理坐标。

13.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于，所述特征图案为：

棋盘格图案、圆点图案或六边形图案；其中，

当所述特征图案为棋盘格图案时，所述特征点为每个棋盘格的角点；

当所述特征图案为圆点图案时，所述特征点为每个圆点的中心点；

当所述特征图案为六边形图案时，所述特征点为每个六边形的角点。

14.一种标定方法，包括：

拍摄含有如权利要求1至13任一项所述的标定板的标定板图像，并从所述标定板图像中提取标定板信息；

根据所提取的标定板信息进行标定处理。

15.根据权利要求14所述的标定方法，其特征在于，从所述标定板图像中提取标定板信息，包括：

在所述标定板图像中查找所述定位基准图形单元，以获得所述定位基准图形单元的个数、所述定位基准图形单元中的中心块在所述标定板图像中的坐标信息、所述定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标；

在所述标定板图像中查找所述特征点，并获得所述特征点在所述标定板图像中的坐标信息、所述特征点的坐标。

16.根据权利要求15所述的标定方法，其特征在于，从所述标定板图像中提取标定板信息，进一步包括：

根据所述标定板的物理尺寸和布局信息，对所述特征点的坐标进行修正。

17.根据权利要求16所述的标定方法，其特征在于，根据所述标定板的物理尺寸和布局信息，对所述特征点的坐标进行修正，包括：

将所述定位基准图形单元中的中心块在所述标定板图像中的坐标信息和所述特征点在所述标定板图像中的坐标信息进行二维排序，以确定所述特征点与所述定位基准图形单元中的中心块的空间关系；

根据所述特征点与所述定位基准图形单元中的中心块的空间关系，由所述定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标，推导出所述特征点的坐标；

根据所述标定板中的每个特征点之间的实际物理间距和所述定位基准图形单元相对于所述标定板的原点的物理偏移，对所述特征点的坐标进行修正。

18.根据权利要求15所述的标定方法，其特征在于，在所述标定板图像中查找所述定位基准图形单元，以获得所述定位基准图形单元的个数、所述定位基准图形单元中的中心块在所述标定板图像中的坐标信息、所述定位基准图形单元中的编码矩阵所记载的中心块的设定坐标，包括：

在所述标定板图像中查找所述定位基准图形单元的定向框，以获得所述定向框的个数和方向信息，其中，所述定向框的个数作为所述定位基准图形单元的个数，所述定向框的方向信息作为所述定位基准图形单元的方向信息；

在所述定向框内，查找所述中心块，并确定所述中心块在所述标定板图像中的坐标信息；

由所述定向框和所述中心块确定所述编码矩阵的位置；

获取所述编码矩阵所记载的所述中心块的设定坐标。

19.根据权利要求18所述的标定方法，其特征在于：

从多个所述编码矩阵获取的所述中心块的多个坐标之间出现差异时，取数量最多的相同坐标为所述中心块的设定坐标。

20.根据权利要求18所述的标定方法，其特征在于：

获取所述编码矩阵所记载的所述中心块的设定坐标时，将直接获取的所述编码矩阵所记载的数据与数据掩码矩阵进行位异或处理而获得所述中心块的设定坐标。

21.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求14至20中任一项所述的标定方法中的步骤。