CN114332247A - 多目视觉测量的标定方法及装置、存储介质和摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多目视觉测量的标定方法及装置、摄像设备和存储介质，包括：获取标定物的标记点的图像信息；根据标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息；获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系；根据标记点在第一坐标系下的三维坐标信息及转换关系确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现在第二坐标下对多目相机的标定。本发明获取标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，为标定过程提供良好初始值，进而提高了目标物的标定精度。

Description

多目视觉测量的标定方法及装置、存储介质和摄像设备

技术领域

本发明涉及多目测量技术领域，尤其是涉及一种多目视觉测量的标定方法及装置、存储介质和摄像设备。

背景技术

目前，对于大型精密零件，例如电池盒、轮毂及车辆传动系统的计算机多目测量手段，在进行相机体系的标定时，其标定速度较慢，并且对于特征目标精度较低，测量精度较低是由于进行标定时，需要特制标定板进行辅助，并且无法针对特定目标进行标定优化，从而，使得多目视觉的标定工作无法快速准确的进行。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种多目视觉测量的标定方法，该方法通过获取标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，实现对标定物参数信息的计算，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，提高了标定效率。

为此，本发明的第二个目的在于提出一种多目视觉测量的标定装置。

为此，本发明的第三个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为此，本发明的第四个目的在于提出一种摄像设备。

为了达到上述目的，本发明的第一方面的实施例提出了一种多目视觉测量的标定方法，该方法包括：获取多目相机下标定物的标记点的图像信息；根据所述标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取所述多目相机的内参、外参和畸变系数；获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和所述目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定所述多目相机的外参的转换关系；所述多目相机的在所述第一坐标系下的外参及所述三维坐标信息的转换关系和所述外参的转换关系确定所述标定物的标记点在所述第二坐标系下的参数信息，以实现对所述多目相机的标定。

根据本发明实施例的多目视觉测量的标定方法，通过获取多目相机下标定物的标记点的图像信息，根据标记点的图像信息和多目相机的位置确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取多目相机的内参、外参和畸变系数，并获取目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息和目标的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，并根据上述信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定多目相机的外参的转换关系，根据上述转换关系及标记点在第一坐标系下的三维坐标信息确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对标定物参数信息的计算，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，为标定过程提供良好初始值，进而提高了目标物的标定精度。

在一些实施例中，所述标记物的标记点与所述目标物的锚点之间的距离小于预设距离阈值，且所述标记点之间按照预设距离均匀分布在所述标定物的相应位置。

在一些实施例中，根据所述标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标下的三维坐标信息，包括：确定与所述标记点的图像信息对应的二维坐标信息；根据所述二维坐标信息确定所述标记点之间的距离；根据所述距离与所述多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

在一些实施例中，获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和所述目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定所述第一坐标系下和所述第二坐标系下的三维坐标信息的转换关系，包括：根据图纸确定所述目标物的锚点在所述第二坐标系下的三维坐标信息；获取所述多目相机下所述目标物的锚点的图像信息；根据所述目标物的锚点的图像信息及所述多目相机的位置坐标确定所述目标物的锚点在所述第一坐标下的三维坐标信息；根据所述第二坐标系下的三维坐标信息和所述第一坐标下的三维坐标信息确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系。

在一些实施例中，所述三维坐标信息的转换关系包括旋转、平移和缩放中的至少一种；和/或所述外参的转换关系包括旋转、平移和缩放中的至少一种。

为实现上述目的，本发明的第二方面的实施例提出了一种多目视觉测量的标定装置，该装置包括：第一获取模块，用于获取多目相机下标定物的标记点的图像信息；第一确定模块，用于根据所述标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取所述多目相机的内参、外参和畸变系数；第二获取模块，用于获取目标物锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和所述目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息；第二确定模块，用于确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定所述多目相机的外参的转换关系，并根据所述标定物的标记点在所述第一坐标系下的三维坐标信息、所述多目相机的在所述第一坐标系下的外参及所述三维坐标信息的转换关系和所述外参的转换关系确定所述标定物的标记点在所述第二坐标系下的参数信息，以实现对所述多目相机的标定。

根据本发明实施例的多目视觉测量的标定装置，通过获取多目相机下标定物的标记点的图像信息，根据标记点的图像信息和多目相机的位置确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，并获取目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息和目标的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，并根据上述信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，根据上述转换关系及标记点在第一坐标系下的三维坐标信息确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对标定物参数信息的计算，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，从而，为标定过程提供良好初始值，进而提高了目标物的标定精度。

在一些实施例中，所述第一确定模块，具体用于：确定与所述标记点的图像信息对应的二维坐标信息；根据所述二维坐标信息确定所述标记点之间的距离；根据所述距离与所述多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

在一些实施例中，所述第二获取模块，具体用于：根据图纸确定所述目标物的锚点在所述第二坐标系下的三维坐标信息；获取所述多目相机下所述目标物的锚点的图像信息；根据所述目标物的锚点的图像信息及所述多目相机的位置确定所述目标物的锚点在所述第一坐标下的三维坐标信息；根据所述第二坐标系下的三维坐标信息和所述第一坐标下的三维坐标信息确定所述转换关系。

为实现上述目的，本发明的第三方面的实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有多目视觉测量的标定程序，所述多目视觉测量的标定程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的多目视觉测量的标定方法。

为实现上述目的，本发明的第四方面的实施例提出了一种摄像设备，包括：包括：处理器、存储器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多目视觉测量的标定程序，所述多目视觉测量的标定程序被所述处理器执行时实现如上述实施例所述的多目视觉测量的标定方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的多目视觉测量的标定方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的计算标记物真值的流程图；

图3是根据本发明一个具体实施例的多目视觉测量的标定方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的多目视觉测量的标定装置的框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1描述根据本发明实施例的多目视觉测量的标定方法，如图1所示，本发明实施例的多目视觉测量的标定方法至少包括步骤S1-步骤S4。

步骤S1，获取多目相机下标定物的标记点的图像信息。

在实施例中，标定物的标记点的图像信息是通过多目相机拍摄得到的，根据图像信息可以确定标记点的2D坐标，以便根据2D坐标确定标记点在图像上的位置信息。

步骤S2，根据标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取多目相机的内参、外参和畸变系数。

在实施例中，第一坐标系下的三维坐标信息是在给定的虚拟尺寸下，通过三角化加BA的增量重建方式，稀疏重建目标物上所有标记物的坐标，即，重建标记点的坐标，形成一个在虚拟坐标下的刚体，例如，形成在第一坐标系下的刚体。同时，根据此刚体及其与对应的标记点的图像信息，通过PNP(Perspective-n-Poin)方法计算相机的内外参，及畸变系数，从而得到标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

步骤S3，获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定多目相机的外参的转换关系。

其中，第一坐标系和第二坐标系的转换关系是两个刚体之间的缩放、平移和旋转关系，即，采用计算机视觉描述位姿参数。

在实施例中，目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息是预先设定的，例如可通过图纸获取。具体地，通过获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定两个坐标系下三维坐标信息的转换关系，以便根据该转换关系实现标定物的标记点在第一坐标系和第二坐标系之间的转换。其中，目标物应为任意此测量体系下的待测物，目标物上包括一定数量的锚点，该锚点可以用于在多目视觉体系下不同相机对同一个三维世界中点的定位。

步骤S4，根据标定物的标记点在第一坐标系下的三维坐标信息、多目相机的在第一坐标系下的外参及三维坐标信息的转换关系和外参的转换关系确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对多目相机的标定。

在实施例中，确定标记物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息后，根据上述转换关系可将标记物的标记点在第一坐标系下的三维坐标信息转换为在第二坐标系下的参数信息。具体地，如图2所示，在多目视觉系统的标定过程中，需要将标记物和目标物的待测元素统一至相同坐标系下，从而便于进行精准测量。由此，需要计算标记物在给定三维坐标系下的坐标值，例如第二坐标系下的参数信息。从而，通过多目系统联合标定，可以得到多目系统下每个相机的相应参数，并根据多目系统下每个相机的图像检测结果与相应参数，使用三角化技术还原标记点在三维空间中的坐标。

根据本发明实施例的多目视觉测量的标定方法，通过获取多目相机下标定物的标记点的图像信息，根据标记点的图像信息和多目相机的位置确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，并获取目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息和目标的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，并根据上述信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，根据上述转换关系及标记点在第一坐标系下的三维坐标信息确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对标定物参数信息的计算，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，从而，为标定过程提供良好初始值，进而提高了目标物的标定精度。

在一些实施例中，标记物的标记点与目标物的锚点之间的距离小于预设距离阈值，且所述标定物的标记点之间按照预设距离均匀分布。可以理解的是，标记物可以用于在多目视觉体系下不同相机对同一个三维世界中点的定位，标记物的位置可根据标定目标物的具体测量要求部署，标记物总体距离标定目标物的待测元素越近，则初始化效果越好，从而，将标记物总体距离标定目标物的距离控制在预设距离阈值范围内，可以提高初始化效果。

在一些实施例中，根据标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定标记点在第一坐标下的三维坐标信息，包括：确定与标记点的图像信息对应的二维坐标信息；根据二维坐标信息确定标记点之间的距离；根据距离与多目相机的位置坐标确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

举例而言，以其中一个多目相机的位置坐标处于原点为例，通过获取标记点的图像信息可以得到标记点的二维坐标信息，根据二维坐标信息可以得到不同标记点之间的距离，根据不同标记点之间距离、多目相机与多个标记点之间的距离及多目相机的位置信息可以确定标记点在第一坐标下的三维坐标信息。

在一些实施例中，获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定第一坐标系下和所述第二坐标系下的三维坐标信息的转换关系，包括：根据图纸确定目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息；获取多目相机下所述目标物的锚点的图像信息；根据目标物的锚点的图像信息及多目相机的位置坐标确定目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息；根据第二坐标系下的三维坐标信息和第一坐标下的三维坐标信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系。

在实施例中，目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息是由预先设置的图纸确定的，因此，目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息是确定的。确定目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息后，需要获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息，在确定目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和目标物的锚点在第而坐标系下的三维坐标信息后，可以确定两者的转换关系。

在一些实施例中，转换关系包括旋转、平移和缩放。具体地，如图3所示，第一坐标系下，例如虚拟坐标下重建的标记物刚体称为B1，标记物真值所组成的刚体称为B2，使用标记物真值与虚拟坐标下重建的标记物，通过带尺度的SVD方法，计算出B1与B2之间的变换的旋转，平移，缩放，称为R,T,S，从而通过虚拟坐标系下计算出的外参与R,T,S计算出目标坐标系下的所有相机外参。

根据本发明实施例的多目视觉测量的标定方法，通过获取多目相机下标定物的标记点的图像信息，根据标记点的图像信息和多目相机的位置确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，并获取目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息和目标的标记点在第二坐标系下的三维坐标信息，并根据上述信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，根据上述转换关系及标记点在第一坐标系下的三维坐标信息确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对标定物参数信息的计算，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，提高了标定效率，并针对特定目标物，提升了整个标定系统的精度。

下面参考图4描述本发明第二方面实施例的多目视觉测量的标定装置。

图4是根据本发明一个实施例的多目视觉测量的标定装置的框图，如图4所示，本发明实施例的多目视觉测量的标定装置2包括第一获取模块20、第一确定模块21、第二获取模块22和第二确定模块23。其中，第一获取模块20用于获取多目相机下标定物的标记点的图像信息；第一确定模块21用于根据标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取多目相机的内参、外参和畸变系数；第二获取模块22用于获取目标物锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息；第二确定模块23用于确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定多目相机的外参的转换关系，并根据标定物的标记点在第一坐标系下的三维坐标信息、多目相机的在第一坐标系下的外参及三维坐标信息的转换关系和外参的转换关系确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对多目相机的标定。

根据本发明实施例的多目视觉测量的标定装置2，通过获取多目相机下标定物的标记点的图像信息，根据标记点的图像信息和多目相机的位置确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，并获取目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息和目标的标记点在第二坐标系下的三维坐标信息，并根据上述信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，根据上述转换关系及标记点在第一坐标系下的三维坐标信息确定标定物的标记点在第二坐标系下的参数信息，以实现对标定物参数信息的计算，并根据参数信息实现对相机的快速准确标定，从而，提高了标定效率，并针对特定目标物，提升了整个标定系统的精度。

在一些实施例中，第一确定模块21具体用于：确定与标记点的图像信息对应的二维坐标信息；根据二维坐标信息确定标记点之间的距离；根据距离与多目相机的位置坐标确定标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

在一些实施例中，第二获取模块22具体用于：根据图纸确定目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息；获取多目相机下目标物的锚点的图像信息；根据目标物的锚点的图像信息及多目相机的位置坐标确定目标物的锚点在第一坐标下的三维坐标信息；根据第二坐标系下的三维坐标信息和第一坐标下的三维坐标信息确定第一坐标系和第二坐标系的三维坐标信息的转换关系。

下面描述本发明第三方面实施例的摄像设备，该设备包括：处理器、存储器和存储在存储器上并可在处理器上运行的多目视觉测量的标定程序，多目视觉测量的标定程序被处理器执行时实现如上述实施例所的多目视觉测量的标定方法。

在该实施例中，该摄像设备在进行标定时，其具体实现方式与本发明上述任意实施例的多目视觉测量的标定装置2的具体实现方式类似，具体请参见关于多目视觉测量的标定装置部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。

下面描述本发明第四方面实施例的计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有多目视觉测量的标定程序，多目视觉测量的标定程序被处理器执行时实现如上述实施例的多目视觉测量的标定方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多目视觉测量的标定方法，其特征在于，包括：

获取多目相机下标定物的标记点的图像信息；

根据所述标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取所述多目相机的内参、外参和畸变系数；

获取目标物的锚点在所述第一坐标系下的三维坐标信息和所述目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定所述多目相机的外参的转换关系；

根据所述标定物的标记点在所述第一坐标系下的三维坐标信息、所述多目相机的在所述第一坐标系下的外参及所述三维坐标信息的转换关系和所述外参的转换关系确定所述标定物的标记点在所述第二坐标系下的参数信息，以实现对所述多目相机的标定。

2.根据权利要求1所述的多目视觉测量的标定方法，其特征在于，

所述标记物的标记点与所述目标物的锚点之间的距离小于预设距离阈值，且所述标记点之间按照预设距离均匀分布在所述标定物的相应位置。

3.根据权利要求1所述的多目视觉测量的标定方法，其特征在于，根据所述标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标下的三维坐标信息，包括：

确定与所述标记点的图像信息对应的二维坐标信息；

根据所述二维坐标信息确定所述标记点之间的距离；

根据所述距离与所述多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

4.根据权利要求3所述的多目视觉测量的标定方法，其特征在于，获取目标物的锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和所述目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息，确定所述第一坐标系下和所述第二坐标系下的三维坐标信息的转换关系，包括：

根据图纸确定所述目标物的锚点在所述第二坐标系下的三维坐标信息；

获取所述多目相机下所述目标物的锚点的图像信息；

根据所述目标物的锚点的图像信息及所述多目相机的位置坐标确定所述目标物的锚点在所述第一坐标下的三维坐标信息；

根据所述第二坐标系下的三维坐标信息和所述第一坐标下的三维坐标信息确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系。

5.根据权利要求4所述的多目视觉测量的标定方法，其特征在于，所述三维坐标信息的转换关系包括旋转、平移和缩放中的至少一种；和/或

所述外参的转换关系包括旋转、平移和缩放中的至少一种。

6.一种多目视觉测量的标定装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取多目相机下标定物的标记点的图像信息；

第一确定模块，用于根据所述标记点的图像信息及多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息，以及，获取所述多目相机的内参、外参和畸变系数；

第二获取模块，用于获取目标物锚点在第一坐标系下的三维坐标信息和所述目标物的锚点在第二坐标系下的三维坐标信息；

第二确定模块，用于确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系，以及确定所述多目相机的外参的转换关系，并根据所述标定物的标记点在所述第一坐标系下的三维坐标信息、所述多目相机的在所述第一坐标系下的外参及所述三维坐标信息的转换关系和所述外参的转换关系确定所述标定物的标记点在所述第二坐标系下的参数信息，以实现对所述多目相机的标定。

7.根据权利要求6所述的多目视觉测量的标定装置，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：

确定与所述标记点的图像信息对应的二维坐标信息；

根据所述二维坐标信息确定所述标记点之间的距离；

根据所述距离与所述多目相机的位置坐标确定所述标记点在第一坐标系下的三维坐标信息。

8.根据权利要求6所述的多目视觉测量的标定装置，其特征在于，所述第二获取模块，具体用于：

根据图纸确定所述目标物的锚点在所述第二坐标系下的三维坐标信息；

获取所述多目相机下所述目标物的锚点的图像信息；

根据所述目标物的锚点的图像信息及所述多目相机的位置坐标确定所述目标物的锚点在所述第一坐标下的三维坐标信息；

根据所述第二坐标系下的三维坐标信息和所述第一坐标下的三维坐标信息确定所述第一坐标系和所述第二坐标系的三维坐标信息的转换关系。

9.一种摄像设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多目视觉测量的标定程序，所述多目视觉测量的标定程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的多目视觉测量的标定方法。

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有多目视觉测量的标定程序，所述多目视觉测量的标定程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的多目视觉测量的标定方法。

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