CN112634378A - 图像采集单元的标定装置、标定设备和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像采集单元的标定装置、标定设备和标定方法。图像采集单元的标定装置包括：轨道、标定板、致动件和多个触发单元，所述标定板连接在所述轨道上，所述多个触发单元沿所述轨道间隔布置，所述标定板能够在所述致动件驱动下沿所述轨道移动，并能够与所述触发单元配合来触发所述图像采集单元进行图像采集。本发明旨在通过简单的结构和易实施的方法来快速实现图像采集单元的参数标定。在标定期间无需人工介入，且标定流程具有一定的标准化。

Description

图像采集单元的标定装置、标定设备和标定方法

技术领域

本发明涉及图像采集装置的参数标定技术领域，特别是涉及图像采集单元的标定装置、标定设备和标定方法。

背景技术

图像采集装置，例如相机，在标定过程中需要不断移动标定板，以获取针对标定板的多幅图像，来进行相机的内外部参数计算。目前标定方法主要分为：手动、电动以及机器人辅助标定。手动标定主要通过实验人员将标定板在相机视场中移动，以获取多幅图像，这种方法依赖于实验人员的经验，随意性大，结果不稳定。电动标定主要通过电机带动标定板在二维平面内移动，在移动过程中相机拍摄多幅图像用于标定，电机装置通常重量大，接线复杂，不方便携带，还消耗能源；机器人辅助标定则需机器人手臂持有标定板在相机视场范围内移动，在移动过程中相机拍摄多幅图像用于标定，但是机器人成本太高，且操作复杂，不适于大范围推广。

发明内容

基于此，提供一种图像采集单元的标定装置、标定设备和标定方法，结构简单易实施，标定过程中无需人工参与，使得标定流程标准化。

一种图像采集单元的标定装置，其特征在于，包括：轨道；标定板，所述标定板连接在所述轨道上，并能够沿所述轨道移动；致动件，所述致动件驱动连接至所述标定板；多个触发单元，多个所述触发单元沿所述轨道间隔布置，所述触发单元构造成能够与所述标定板配合来触发所述图像采集单元进行图像采集。

根据本发明的实施例，在轨道上间隔布置多个触发单元，确保标定板的路径和图像采集在每次标定过程中的一致性，同时避免实验人员随意摆放标定板而导致的图像采集单元的标定参数失真的问题。

在其中一个实施例中，所述触发单元具有用于与所述图像采集单元电连接的连接端，且所述触发单元构造成能够与所述标定板电连接，以允许所述触发单元、所述图像采集单元和所述标定板之间形成回路，来触发所述图像采集单元进行图像采集。电连接可以简单且有效地触发图像采集单元进行图像采集，易实施且具有良好的适应性。

在其中一个实施例中，所述标定板具有导电部，所述触发单元包括至少一个能弹性形变的导电触发件，以允许所述导电部在经过所述导电触发件时与所述导电触发件形成电连接。当导电部在经过导电触发件时与导电触发件接触时，能够形成电连接。该方案提供了一种简单的电连接方式。

在其中一个实施例中，所述轨道具有容纳所述导电部的凹槽，所述导电触发件有两个，两个所述导电触发件分别布置在所述凹槽的两个相对的表面上。这样可以有效限制标定板的行进路径。

在其中一个实施例中，所述轨道包括相连接的多个直轨道段，多个所述触发单元间隔设置在多个所述直轨道段上。

在其中一个实施例中，多个所述直轨道段相互平行地设置，相邻两个所述直轨道段通过弧形轨道段相连接，且位于所述直轨道段相对两端的两个所述弧形轨道段彼此延伸方向相反。根据本实施例，提供了一种S型的轨道，能充分扩大标定板在图像采集单元的视场中的范围。

在其中一个实施例中，所述触发单元可拆卸地安装在所述轨道上；和/或，任意两个所述直轨道段之间的距离能够调整。

在其中一个实施例中，所述致动件包括：重物；和牵引绳，所述牵引绳连接在所述重物与所述标定板之间；其中，所述重物构造成能够借助重力牵引所述标定板沿所述轨道移动，所述牵引绳构造成能够使所述标定板在移动期间经过所有所述触发单元。根据本方案，标定过程依靠非电动驱动，仅凭借重物的重力势能驱动，带动标定板在二维平面内移动，不需要人为干预，既节省人力，又节省了能源。

一种图像采集单元的标定设备，包括：标定装置，所述标定装置为前述的图像采集单元的标定装置；图像采集单元，所述图像采集单元被构造成能够被多个所述触发单元触发并进行图像采集；以及参数计算单元，所述参数计算单元构造成接收所采集的图像并根据所述图像计算所述图像采集单元的标定参数。

一种图像采集单元的标定方法，包括以下步骤：获取图像采集单元的标定装置，所述标定装置为前述的图像采集单元的标定装置；利用所述致动件驱动所述标定板沿所述轨道移动，并经过多个所述触发单元；使所述标定板与所述触发单元配合来触发所述图像采集单元进行图像采集；接收所采集的图像；根据所采集的图像计算所述图像采集单元的标定参数。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的图像采集单元的标定设备的示意图；

图2为根据本发明的实施例的标定板与轨道组装的示意图；

图3为图2的A处放大图；

图4为根据本发明的实施例的导电部准备与导电触发单元电连接的示意图。

元件标号说明

1、标定板；11、导电部；12、限位部；2、轨道；21、凹槽；22、凸缘；23、直轨道段；24、弧形轨道段；3、致动件；31、重物；32、牵引绳；4、触发单元；41、导电触发件；5、图像采集单元；6、计算机；7、导线；8、支架。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

根据本发明，提供了一种图像采集单元的标定装置。该标定装置包括轨道、可移动地安装在轨道上的标定板、驱动标定板的致动件和用于与标定板配合以触发图像采集单元进行图像采集的多个触发单元。其中致动件选用非电动设备，即机械驱动标定板沿轨道移动。本发明旨在通过简单的结构和易实施的方法来快速实现图像采集单元的参数标定。在标定期间无需人工介入，且标定流程具有一定的标准化。

根据本发明的图像采集单元的标定装置的一个实施例示出在图1中。如图1所示，标定装置包括轨道2、间隔布置在轨道2上的多个触发单元4、可以沿轨道2运动的标定板1和驱动标定板1运动的致动件3。标定装置又与图像采集单元和参数计算单元一起形成了图像采集单元的标定设备。

在所示出的实施例中，轨道2构造成S型并安装在支架8上。支架8可选是可调整高度的。如图1所示，轨道2包括彼此间隔开设置的多个直轨道段23和连接在相邻两个直轨道段23之间的弧形轨道段24。为了构造出S型轨道，连接在直轨道段23的相对两端的两个弧形轨道段24彼此的延伸方向相反。出于更好地满足标定参数要求的目的，直轨道段23之间的距离可以调整。例如，在一个未示出的实施例中，配备有多个直轨道段和不同规格的多组弧形轨道段，不同组弧形轨道段的区别在于，它们各自所包含的轨道段的弧长或半径是不同的。这样，在直轨道段之间的间隔进行调整时，选用具有适配弧长或半径的弧形轨道段进行连接，以组成S型的轨道2。在其他实施例中，直轨道段之间的间距可以是统一的，也可以是根据需要而有所不同。

多个触发单元4间隔布置在轨道2上。参考图1，在所示出的实施例中，触发单元4均布置在直轨道段23上，且每个直轨道段23上设置的触发单元4的数量是相同的，它们以均匀间隔沿轨道2排布。可选地，S型轨道2包括N(N≥5)根直轨道段23，每个直轨道段23上布置N个触发单元4，从而在整个轨道2上，触发单元4形成N×N的触发单元阵列。在这N×N的触发单元阵列中，任一触发单元4与横向相邻的触发单元和纵向相邻的触发单元之间的距离是相同的。图像采集单元5的视场覆盖N×N的触发单元阵列，以保证标定板1在沿轨道2移动过程中，图像采集单元5能获取全部所需的图像。

在其他实施例中，触发单元之间的距离是可调整的。例如，触发单元可拆卸地安装在轨道2上，从而根据需要调整所在位置。

虽然仅示出了S型轨道2和布置在其上的触发单元4，但是本领域技术人员将理解，轨道2的构型不限于此，可以根据需要而变型。例如，在一个未示出的实施例中，直轨道段23以一定角度相连接以形成折线形，并在直轨道段23上设置多个触发单元4。在相邻两个直轨道段23之间可以连接弧形轨道段作为过渡段。或者，轨道2可以构造成允许标定板1移动的其他形状，同时保证图像采集单元的视场能够覆盖轨道2上的所有触发单元4，或者说覆盖标定板1的所有运动位置。

根据本发明的触发单元的一个实施例示出在图2和图3中。如图2和图3所示，触发单元4包括在轨道2的相对两侧对置的两个导电触发件41。两个导电触发件41之间形成空隙，以允许标定板1通过。同时，两个导电触发件41选用弹性导电片材，例如弹性金属片或弹簧片，从而当标定板1穿过所述空隙时，导电触发件41能够与标定板1的至少一部分接触以形成电连接，又不会卡住标定板1导致其无法通过所述空隙。

每个触发单元4的导电触发件41具有连接端，且两个对置的导电触发件41的连接端分别通过导线7与图像采集单元5的外部触发端的正负极相连接，从而在触发单元4与图像采集单元5之间形成电连接。

虽然本实施例的每个触发单元4中的两个对置的导电触发件41都是弹性导电片材，但本领域技术人员应当理解，可以只有其中一个导电触发件41是弹性导电片材，同样可以通过形变而在允许标定板1通过所述空隙的同时能够与标定板1形成电连接。此外，导电触发件41的构型可以有多种变型，只要其中至少一个导电触发件41能够产生可复原的形变即可。例如，在一个未示出的实施例中，在轨道2的相对两侧设有可弹性伸缩的两个导电触发件，可以通过伸缩变型来与正在穿过所述空隙的标定板1的一部分形成电连接。可伸缩的导电触发件可以是选用可伸缩的材料制成的整体件，或者，可以是由可伸缩件(例如弹簧)以及用于与标定板1接触的接触件(例如金属触头)相连接所构成的组合件。

根据本发明的标定板的一个实施例示出在图1中。如图1所示，标定板1为方形并采用黑白相间的棋盘格式，其外形尺寸在图像采集单元5的视场范围的1/3-1/2之间。在本发明中，“视场”或“视场范围”是指图像采集单元所能观察到或拍摄到的范围，视场越大，观察或拍摄的范围越大；视场越小，观察或拍摄的范围越小。

为了实现标定板1沿轨道2的移动，以及标定板1与触发单元4的电连接，如图2所示，轨道2设有沿其长度方向延伸的凹槽21，标定板1在其背向棋盘的一侧设置有例如成圆柱形的导电部11。导电部11伸入凹槽21中，可以沿轨道2移动并由轨道2限制其移动路径。同时，在经过一个触发单元4时，导电部11被夹在相对设置的两个导电触发件41之间，从而导电部11与两个导电触发件41形成电连接。虽然图2中示出了圆柱形的导电部11，但是本领域技术人员将理解，导电部11的形状不限于此，可以根据需要变型，例如，在一个未示出的实施例中，导电部11的形状为椭圆形、球形、截球形等。

为了防止标定板1脱出轨道2，如图2所示，形成轨道2的凹槽21的槽壁在槽口处形成相对设置的两个凸缘22，从而凹槽21在槽口处形成缩窄部分。相应地，标定板1的导电部11的端部连接有限位部12。导电部11的尺寸构造成能够穿过凹槽21的槽口处的缩窄部分，而限位部12的尺寸构造成能容纳在凹槽21中但不能穿过凹槽21的槽口处的缩窄部分，从而防止标定板1在运动过程中脱离轨道2。每个触发单元4的两个导电触发件41分别设置在两个凸缘22上，从而当标定板1经过每个触发单元4时，导电部11能够与两个导电触发件41接触并形成电连接。

根据本发明的致动件的一个实施例示出在图1中。如图1所示，该致动件3选用机械致动的方式驱动标定板1沿轨道2移动。致动件3包括重物31和连接在重物31与标定板1之间的牵引绳32。重物31构造成能够借助重力牵引标定板1沿轨道运动，并确保当标定板1经过触发单元4时，标定板1不会被两个对置的导电触发件41卡住而导致后续的图像采集和参数标定无法进行。在一个实施例中，重物31大于标定板1的重量，且是标定板1重量的1.5-5倍，优选为1.5-2倍。牵引绳32构造成能够使标定板1移动经过所有触发单元4。

可选地，牵引绳32选用柔软且不易拉伸的材料制成。

可选地，牵引绳32可置于轨道2的凹槽21中。

根据本发明还提供了一种图像采集单元的标定设备。如图1所示，该标定设备包括前述的标定装置、连接至标定装置的图像采集单元5和图像采集单元5的参数计算单元。其中，图像采集单元5例如为相机。参数计算单元例如为安装在计算机6中的程序指令。

下面对根据本申请的图像采集单元的标定设备的作业流程进行详细说明。

图像采集单元的标定方法包括以下步骤：

S1：获取如上所述的图像采集单元的标定装置。

在图1所示的具体实施例中，标定装置的轨道2构造成由5个直轨道段23和4个弧形轨道段24构成的S型，并在每个直轨道段23上以均匀间隔布置5个触发单元4，每个触发单元4包括两个由弹性金属片构成的导电触发件41。标定板1的圆柱形导电部11穿设在轨道2的凹槽21中并可在重物31和牵引绳32的驱动下沿凹槽21移动。如前所述，轨道2可以置于高度可调节的支架8(例如三脚架)上，其高度可以选择为能确保重物31在最低位置不会接触地面。

S2：利用标定装置中的致动件驱动标定板沿轨道移动，并经过多个触发单元。

在图1所示的具体实施中，放开重物31使其下落，借助重力势能，通过牵引绳32拉动标定板1沿S型轨道2在二维平面内移动。

S3：使标定板与每个触发单元配合来触发图像采集单元进行图像采集。

在图1结合图4所示的具体实施例中，当标定板1运动至触发单元4的位置时，标定板1的导电部11穿行在两个对置的导电触发件41之间。两个导电触发件41之间发生弹性形变，与导电部11接触以形成电连接，同时不会阻止导电部11沿图4中箭头所示方向穿过两个导电触发件41之间的空隙。由于两个导电触发件41还各自通过导线7电连接至图像采集单元5的外部触发端的正负极，所以当导电部11接触两个导电触发件41时，在标定板1的导电部11、触发单元4与图像采集单元5之间形成回路，触发图像采集单元5进行图像采集，例如触发相机进行拍摄。在重物31拉动标定板1沿轨道2移动的过程中，标定板1行经所有触发单元4，并在每个触发单元4处触发图像采集单元5进行一次图像采集。遍历所有触发单元4后，完成所有标定图像的采集。

在完成图像采集后，标定方法还可以进一步包括以下步骤：

S4：接收所采集的图像。

在图1所示的具体实施例中，这一步骤例如通过安装在计算机6中的接收软件例如程序指令，或接收硬件例如端口，来实施。可选地，当标定板1经过最后一个触发单元4并完成相应的图像采集后，这一步骤由安装在计算机6中的参数计算单元来实施。

S5：根据所采集的图像计算所述图像采集单元的标定参数。

在图1所示的具体实施例中，在接收所有的图像后，参数计算单元根据这些图像计算图像采集单元5的标定参数。在进一步的实施例中，参数计算单元还存储计算出的标定参数。在其他实施例中，参数计算单元可以将得到的标定参数上传至服务器或其他存储设备。参数计算单元对图像采集单元的参数标定可以通过张正友相机标定法来实现。

虽然以上所述的触发单元4与标定板1配合触发图像采集单元5的方式是电连接以形成回路，但本领域技术人员将理解，配合方式不限于电连接形成回路，可以根据需要而调整。例如，在一个未示出的实施例中，触发单元4选用传感器，例如红外传感器。当标定板1行经触发单元4时，传感器发出触发信号，图像采集单元5具有接收这种触发信号的信号收集器。在接收到触发信号后，图像采集单元5启动并进行图像采集。

根据本发明的图像采集单元的标定设备和标定方法能取得以下技术效果：

1、S型轨道的设置，能保证标定板每次标定的路径一致，同时还能充分扩大标定板在图像采集单元的视场中的范围，克服了标定板位置因实验人员的随意摆放而导致图像采集单元的标定参数失真的问题；

2、标定过程依靠重物的重力势能驱动，带动标定板在二维平面内移动，不需要人为干预，既节省人力，又节省了能源；

3、设置了触发单元阵列，可以为图像采集单元的标定提供标准化的流程，保证用于标定的图像所在拍摄位置保持一致，排除了依靠实验人员摆放标定板所带来的随意性，使得标定结果可重复；

4、触发单元弹性金属片的设置，使得拍摄位置固定，解决了标定板在移动过程中的图像拍摄问题，同时弹性金属片的阻尼作用可以降低标定板的移动速度，提高拍摄的图像得清晰度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种图像采集单元的标定装置，其特征在于，包括：

轨道；

标定板，所述标定板连接在所述轨道上，并能够沿所述轨道移动；

致动件，所述致动件驱动连接至所述标定板；

多个触发单元，多个所述触发单元沿所述轨道间隔布置，所述触发单元构造成能够与所述标定板配合来触发所述图像采集单元进行图像采集。

2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述触发单元具有用于与所述图像采集单元电连接的连接端，且所述触发单元构造成能够与所述标定板电连接，以允许所述触发单元、所述图像采集单元和所述标定板之间形成回路，来触发所述图像采集单元进行图像采集。

3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述标定板具有导电部，所述触发单元包括至少一个能弹性形变的导电触发件，以允许所述导电部在经过所述导电触发件时与所述导电触发件形成电连接。

4.根据权利要求3所述的标定装置，其特征在于，所述轨道具有容纳所述导电部的凹槽，所述导电触发件有两个，两个所述导电触发件分别布置在所述凹槽的两个相对的表面上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的标定装置，其特征在于，所述轨道包括相连接的多个直轨道段，多个所述触发单元间隔设置在多个所述直轨道段上。

6.根据权利要求5所述的标定装置，其特征在于，多个所述直轨道段相互平行地设置，相邻两个所述直轨道段通过弧形轨道段相连接，且位于所述直轨道段相对两端的两个所述弧形轨道段彼此延伸方向相反。

7.根据权利要求5所述的标定装置，其特征在于，所述触发单元可拆卸地安装在所述轨道上；和/或，任意两个所述直轨道段之间的距离能够调整。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的标定装置，其特征在于，所述致动件包括：

重物；和

牵引绳，所述牵引绳连接在所述重物与所述标定板之间；

其中，所述重物构造成能够借助重力牵引所述标定板沿所述轨道移动，所述牵引绳构造成能够使所述标定板在移动期间经过所有所述触发单元。

9.一种图像采集单元的标定设备，其特征在于，包括：

标定装置，所述标定装置为权利要求1至8中任一项所述的图像采集单元的标定装置；

图像采集单元，所述图像采集单元被构造成能够被多个所述触发单元触发并进行图像采集；以及

参数计算单元，所述参数计算单元构造成接收所采集的图像并根据所述图像计算所述图像采集单元的标定参数。

10.一种图像采集单元的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取图像采集单元的标定装置，所述标定装置为权利要求1至8中任一项所述的图像采集单元的标定装置；

利用所述致动件驱动所述标定板沿所述轨道移动，并经过多个所述触发单元；

使所述标定板与所述触发单元配合来触发所述图像采集单元进行图像采集；

接收所采集的图像；

根据所采集的图像计算所述图像采集单元的标定参数。

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