CN115272473A - 相机标定方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

相机标定方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种相机标定方法、装置、电子设备及存储介质，所述方法包括：基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵；基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到；基于所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。通过确认抖动情况下和非抖动情况下的像素坐标系转换单应性矩阵，以在相机发生抖动情况下将抖动的像素坐标转换为非抖动情况下的像素坐标，消除相机抖动对视觉检测任务的影响。

Description

相机标定方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及相机标定方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
目前工业视觉在自动化与控制领域发挥着越来越重要的作用，但是在生产过程中相机的抖动难以避免。如图1和图2所示，图1是相机在产线上初始状态(即：非抖动)下的相机状态，图2是相机在产线上抖动状态下的相机状态，当相机处于抖动状态下，仍使用初始状态下的视觉参数来进行定位等视觉任务时，将产生一定的偏差，怎样降低相机抖动对视觉检测的影响是一个亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种相机标定方法、装置、电子设备及存储介质，以解决在相机抖动情况下对视觉检测的影响。本申请的技术方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种相机标定方法，所述方法包括：基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵；基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到；基于所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种相机标定装置，所述装置包括：第一计算模块，被配置为基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵；第二计算模块，被配置为基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到；抖动消除模块，被配置为基于所述所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如上述第一方面中任一项所述的方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行本申请实施例的第一方面中任一所述方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
在本申请实施例中，通过标定棋盘格固定后，初始状态下的像素坐标是固定的，实时获取当前抖动状态下的像素坐标，获取当前的抖动矩阵即可将相机抖动情况下的像素坐标系自动转换为相机非抖动情况下的像素坐标系，以消除相机抖动对视觉检测的影响。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。
图1是初始状态下的相机状态示意图；
图2是抖动状态下的相机状态示意图；
图3是本申请实施例提供的一种相机标定方法的流程示意图；
图4是本申请实施例提供的非抖动相机的标定方法的流程示意图；
图5A是本申请实施例提供的初始状态标定示意图；
图5B是本申请实施例提供的抖动状态标定示示意图；
图6是本申请实施例提供的抖动相机的标定方法的流程示意图；
图7是本申请实施例提供的相机标定装置的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的相机标定方法的电子设备的框图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
在相机发生抖动情况下，需要将相机抖动情况下的像素坐标系自动转换为相机非抖动情况下的像素坐标系，以消除相机抖动对视觉检测的影响。基于此，本申请实施例提供了一种相机标定方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤310：基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵。
如图1所示，相机处于初始状态(即：非抖动)下的相机姿态以及视野，此时相机的像素坐标系齐次坐标为(u0，v0，1)T；世界坐标系下目标平面的Z轴等于0，此时目标平面的齐次坐标为(Xw，Yw，1)T，则此时的像素坐标系和世界坐标系具有如下关系：
Figure BDA0003693019020000031
其中，H1为世界坐标系下的目标平面与其在相机中的图像之间的第一单应性矩阵，单应性矩阵是从一个平面到另一个平面的投影映射，是个3*3的矩阵。
具体的，根据H1和(Xw，Yw，1)T即可得到相机非抖动的像素坐标系下的齐次坐标为(u0，v0，1)T。
步骤320：基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到。
如图2所示，相机处于抖动状态下的相机姿态以及视野，此时目标平面的齐次坐标未发生变化，仍为(Xw，Yw，1)T；此时相机的像素坐标系齐次坐标表示为(u1，v1，1)T，则此时的像素坐标系和世界坐标系具有如下关系：
Figure BDA0003693019020000041
其中，H2为当前相机状态下的其在世界坐标系下的目标平面与其在相机中的图像之间的第二单应性矩阵。
具体的，根据H2和(Xw，Yw，1)T即可得到相机抖动的像素坐标系下的齐次坐标为(u1，v1，1)T。
步骤330：基于所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。
具体的，对于同一目标平面，相机的抖动导致像素坐标系发生了变化，抖动改变了原像素坐标系与目标平面之间的关系即改变了单应性矩阵。当相机处于抖动状态下，仍使用初始状态下的视觉参数来进行定位等视觉任务时，将产生一定的偏差。
抖动使像素坐标系发生了变化，由式(1)、(2)可得：
Figure BDA0003693019020000042
其中,H′是抖动状态的像素坐标系到初始状态的像素坐标系的第三单应性矩阵，使用H′可以描述相机的抖动，且在相机无抖动情况下，
Figure BDA0003693019020000051
相机在产线上，处于非抖动状态下标定的内外参即可认为是初始内外参，通过对处于抖动状态下的相机进行实时标定，即可得到变化的内外参。因此，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵之后，所述方法还包括：
步骤340：在所述相机发生抖动时，基于所述第三单应性矩阵，将所述第二像素矩阵转换为所述第一像素矩阵，以完成所述相机的抖动消除。
具体的，根据H′和(u1，v1，1)T即可将相机抖动的像素坐标系下的齐次坐标转换为非抖动的像素坐标系的齐次坐标(u0，v0，1)T。
承上述，通过标定棋盘格固定后，初始状态下的像素坐标是固定的，实时获取当前抖动状态下的像素坐标，获取当前的抖动矩阵即可将相机抖动情况下的像素坐标系自动转换为相机非抖动情况下的像素坐标系，以消除相机抖动对视觉检测的影响。
如图4和图5A所示，非抖动相机的标定步骤如下：
步骤410：获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系；
步骤420：对所述棋盘格标定板图像进行角点检测，得到第一多组点对坐标；其中，第一多组点对坐标可为4组。
步骤430：基于所述相机的第一像素坐标系、所述第一世界坐标系以及所述第一多组点对坐标，得到所述相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵。
其中，第一单应性矩阵可认为是相机非抖动状态下内外参矩阵的混合体，所述基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵，包括：基于所述第一单应性矩阵以及所述第一世界坐标下的第一多组点对坐标，得到所述第一像素矩阵。
如图5B和图6所示，抖动相机的标定步骤如下：
步骤610：获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系；
其中，由于相机拍摄平面未发生改变，因此，此时仍处于第一世界坐标系下。
步骤620：对所述棋盘标定板图像进行角点检测，得到第二多组点对坐标；其中，第二多组点对坐标可为4组。
步骤630：基于所述相机的第二像素坐标系、所述第一世界坐标系以及所述第二多组点对坐标，得到所述相机处于抖动状态下的第二单应性矩阵。
其中，第二单应性矩阵可认为是相机抖动状态下内外参矩阵的混合体，所述基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，包括：基于所述第一单应性矩阵以及所述第一世界坐标下的第一多组点对坐标，得到所述第二像素矩阵。
本申请实施例中，无论是抖动状态还是非抖动状态下，产线相机拍摄的是一平面，因此可认为相机内外参是针对同一目标平面标定得到。步骤410和步骤610的获取目标平面内的棋盘格标定板图像，包括：
步骤411和步骤611均包括：在所述棋盘标定板的平面与所述目标平面的重合，以及所述相机坐标系的轴与所述相机的光轴重合，且垂直于所述相机图像坐标系平面并通过所述相机图像坐标系的原点的情况下，确定所述棋盘标定板的第一世界坐标系；在此情况下世界坐标系的Zw＝1。
则在所述第一世界坐标系下，获取所述棋盘格标定板图像包括两种情况：
步骤412：在所述第一世界坐标系下，获取相机处于非抖动状态下的所述棋盘格标定板图像；
步骤612：在所述第一世界坐标系下，获取相机处于抖动状态下的所述棋盘格标定板图像。
具体的，特征点的选取使用棋盘格，将棋盘格放置于目标平面，通过检测角点来获取多组点对坐标。基于张正友标定法，3x3的矩阵有9个变量，将其中一个归一化则还有8个变量，一组匹配点可以构造出两项约束，自由度为8的单应矩阵可以通过4对匹配特征点算出。
本申请实施例还提供了一种相机标定装置，如图7所示，所述装置可以包括：
第一计算模块710，被配置为基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵；
第二计算模块720，被配置为基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到；
抖动消除模块730，被配置为基于所述所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。
本申请实施例中，抖动消除模块730还被配置为在所述相机发生抖动时，基于所述第三单应性矩阵，将所述第二像素矩阵转换为所述第一像素矩阵，以完成所述相机的抖动消除。
在一些实施例中，所述第一计算模块710可以包括：
获取单元，被配置为获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系；
检测单元，被配置为对所述棋盘格标定板图像进行角点检测，得到第一多组点对坐标；
标定单元，被配置为基于所述相机的第一像素坐标系、所述第一世界坐标系以及所述第一多组点对坐标，得到所述相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵。
其中，标定单元，还被配置为基于所述第一单应性矩阵以及所述第一世界坐标下的第一多组点对坐标，得到所述第一像素矩阵。
在一些实施例中，所述第二计算模块720也可以包括：
获取单元，被配置为获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系；
检测单元，被配置为对所述棋盘标定板图像进行角点检测，得到第二多组点对坐标；
标定单元，被配置为基于所述相机的第二像素坐标系、所述第一世界坐标系以及所述第二多组点对坐标，得到所述相机处于抖动状态下的第二单应性矩阵。
其中，标定单元，还被配置为基于所述第一单应性矩阵以及所述第一世界坐标下的第一多组点对坐标，得到所述第二像素矩阵。
在一些实施例中，所述获取单元还被配置为：在所述棋盘标定板的平面与所述目标平面的重合，以及所述相机坐标系的轴与所述相机的光轴重合，且垂直于所述相机图像坐标系平面并通过所述相机图像坐标系的原点的情况下，确定所述棋盘标定板的第一世界坐标系；所述第一世界坐标系下，获取所述棋盘格标定板图像。
图8是本申请实施例提供的极片检测方法的电子设备的框图，该电子设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、模型接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的模型接口用于与外部的终端通过模型连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现本申请实施例中的方法。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在示例性实施例中，还提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储该处理器可执行指令的存储器；其中，该处理器被配置为执行该指令，以实现如本申请实施例中的方法。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，当该存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行本申请实施例中的方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本申请实施例中的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种相机标定方法，其特征在于，所述方法包括：
基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵；
基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到；
基于所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。
2.根据权利要求1所述的相机标定方法，其特征在于，所述基于所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵之后，所述方法还包括：
在所述相机发生抖动时，基于所述第三单应性矩阵，将所述第二像素矩阵转换为所述第一像素矩阵，以完成所述相机的抖动消除。
3.根据权利要求1所述的相机标定方法，其特征在于，所述基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵之前，所述方法还包括：
获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系；
对所述棋盘格标定板图像进行角点检测，得到第一多组点对坐标；
基于所述相机的第一像素坐标系、所述第一世界坐标系以及所述第一多组点对坐标，得到所述相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵。
4.根据权利要求3所述的相机标定方法，其特征在于，所述基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵，包括：
基于所述第一单应性矩阵以及所述第一世界坐标下的第一多组点对坐标，得到所述第一像素矩阵。
5.根据权利要求1所述的相机标定方法，其特征在于，所述基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵之前，还包括：
获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系；
对所述棋盘标定板图像进行角点检测，得到第二多组点对坐标；
基于所述相机的第二像素坐标系、所述第一世界坐标系以及所述第二多组点对坐标，得到所述相机处于抖动状态下的第二单应性矩阵。
6.根据权利要求5所述的相机标定方法，其特征在于，所述基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，包括：
基于所述第一单应性矩阵以及所述第一世界坐标下的第一多组点对坐标，得到所述第二像素矩阵。
7.根据权利要求3或5所述的相机标定方法，其特征在于，所述获取目标平面内的棋盘格标定板图像，所述目标平面内的棋盘格标定板具有第一世界坐标系，包括：
在所述棋盘标定板的平面与所述目标平面的重合，以及所述相机坐标系的轴与所述相机的光轴重合，且垂直于所述相机图像坐标系平面并通过所述相机图像坐标系的原点的情况下，确定所述棋盘标定板的第一世界坐标系；
在所述第一世界坐标系下，获取所述棋盘格标定板图像。
8.一种相机标定装置，其特征在于，所述装置包括：
第一计算模块，被配置为基于相机处于非抖动状态下的第一单应性矩阵，得到所述相机的第一像素矩阵；
第二计算模块，被配置为基于处于抖动状态下的所述相机第二单应性矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵，其中，所述第一单应性矩阵和所述第二单应性矩阵基于同一目标平面标定得到；
抖动消除模块，被配置为基于所述所述第一像素矩阵和所述第二像素矩阵，得到所述相机的第二像素矩阵与第一像素矩阵转换的第三单应性矩阵。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至7中任一项所述的相机标定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1至7中任一项所述的相机标定方法。
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