CN115661268A - 一种使用距离差的相机标定方法 - Google Patents

一种使用距离差的相机标定方法 Download PDF

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CN115661268A CN202211443404.9A CN202211443404A CN115661268A CN 115661268 A CN115661268 A CN 115661268A CN 202211443404 A CN202211443404 A CN 202211443404A CN 115661268 A CN115661268 A CN 115661268A
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张董
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Abstract

本发明提供了一种使用距离差的相机标定方法，使用被测物体的距离差，并通过公式推导得出了像素分辨率与距离之间的关系，基于此关系，提出了新的标定方式。本发明所述的一种使用距离差的相机标定方法，在已知两次相机标定的分辨率以及两次标定的物距差值的情况下，可以通过算法运算，在不使用激光测距仪的情况下，可以计算得出当前相机的分辨率，从而消除由于被测物与相机距离发生变化所产生的测量误差。

Description

一种使用距离差的相机标定方法
技术领域
本发明属于物体成像领域，尤其是涉及一种使用距离差的相机标定方法。
背景技术
由于相机成像的原理，导致成像过程中会出现“近大远小”的情况，所以被测物与相机之间的距离发生改变时，图像中单个像素所代表的物理距离也会发生改变（注：单个像素所代表的物理距离即为单个像素的分辨率）。现有的技术在被测物与相机之间的距离发生改变时，所使用的像素分辨率不变，从而会产生测量误差，虽然使用激光测距仪，可解决这个问题，但需要增加额外的硬件成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种使用距离差的相机标定方法，以解决现有技术在被测物与相机之间的距离发生改变时，所使用的像素分辨率不变，从而会产生测量误差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种使用距离差的相机标定方法，包括如下步骤：
S1、在被测物体与镜头距离为
Figure 52120DEST_PATH_IMAGE001
的位置进行第一次采图计算，得到分辨率
Figure 438102DEST_PATH_IMAGE002
与像 素个数
Figure 811315DEST_PATH_IMAGE003
；
S2、在被测物体与镜头距离为
Figure 924633DEST_PATH_IMAGE004
的位置进行第二次采图计算，得到分辨率
Figure 335411DEST_PATH_IMAGE005
与像 素个数
Figure 361135DEST_PATH_IMAGE006
；
S3、通过公式得到分辨率与被测物体宽、被测物体在传感器上的成像宽度、单个像元的物理宽度之间的关系；
S4、通过公式得到两次分辨率之间的比值，等于两次被测物体在传感器上的成像宽度比值；
S5、通过公式证明被测物体宽度与镜头与被测物体距离之间的比值，等于被测物体在传感器上的成像宽度与镜头与传感器距离之间的比值；
S6、通过步骤S5的公式转换，得到被测物体在传感器上的成像宽度与被测物体宽度、镜头与被测物体距离、镜头与传感器距离之间的关系；
S7、将步骤S6的公式代入步骤S4的公式，可以得到两次标定的分辨率之间的比值，等于两次标定时镜头与传感器距离之间的距离的比值；
S8、通过步骤S7公式的转换，得到了第二次标定时的分辨率与第一次标定时分辨率、第一次标定时镜头与传感器距离、第二次标定时镜头与传感器距离之间的关系；
S9、两次标定时镜头与传感器距离未知，但已知两次标定时镜头与传感器距离之 差
Figure 80699DEST_PATH_IMAGE007
；
S10、将
Figure 873074DEST_PATH_IMAGE007
代入步骤S9的公式，可以得到两次标定时分辨率、第二次标定时的距离
Figure 745215DEST_PATH_IMAGE004
、两次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 191109DEST_PATH_IMAGE007
之间的关系；
S11、对步骤S10的公式转换，得到得到第一次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 270405DEST_PATH_IMAGE001
、第 一次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 210679DEST_PATH_IMAGE004
，通过第一次标定时的分辨率、第二次标定时的分辨 率、两次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 186594DEST_PATH_IMAGE007
这三个参数的表达式，求得
Figure 819701DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 389222DEST_PATH_IMAGE004
；
S12、在使用过程中，若测量时，已知当前测量位置与第一次标定的镜头与传感器 距离
Figure 116876DEST_PATH_IMAGE001
的距离差为
Figure 698030DEST_PATH_IMAGE008
，则可以得到当前分辨率
Figure 754235DEST_PATH_IMAGE009
，求得第一次标定时的分辨率
Figure 420840DEST_PATH_IMAGE002
、第二次标 定时的分辨率
Figure 93129DEST_PATH_IMAGE005
、两次标定时两次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 43637DEST_PATH_IMAGE010
、当前测量位置与第一 次标定的镜头与传感器距离
Figure 18546DEST_PATH_IMAGE011
的距离差
Figure 297081DEST_PATH_IMAGE012
。
进一步的，所述步骤S3中分辨率与被测物体宽、被测物体在传感器上的成像宽度、单个像元的物理宽度之间的关系为：
Figure 629186DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 184932DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 580011DEST_PATH_IMAGE015
为被测物的实际物料宽度，
Figure 345841DEST_PATH_IMAGE016
为第一次采图计算时相机传感器上的被测物成像 的物理宽度，
Figure 969721DEST_PATH_IMAGE017
为第二次采图计算时相机传感器上的被测物成像的物理宽度，A为单个像元 的物理宽度。
进一步的，所述步骤S6中被测物体在传感器上的成像宽度与被测物体宽度、镜头与被测物体距离、镜头与传感器距离之间的关系为：
Figure 894820DEST_PATH_IMAGE018
Figure 211532DEST_PATH_IMAGE019
为镜头与传感器之间的距离。
进一步的，所述步骤S8中第一次标定时镜头与传感器距离、第二次标定时镜头与 传感器距离之间的关系为：
Figure 467588DEST_PATH_IMAGE020
。
进一步的，所述步骤S10中两次标定时分辨率、第二次标定时的距离、两次标定时 镜头与传感器距离之差
Figure 144426DEST_PATH_IMAGE010
之间的关系为：
Figure 409186DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 146066DEST_PATH_IMAGE022
。
进一步的，所述步骤S11中，
Figure 886489DEST_PATH_IMAGE023
。
进一步的，所述步骤12中当前被测物体的分表率。
相对于现有技术，本发明所述的一种使用距离差的相机标定方法具有以下有益效果：在已知两次相机标定的分辨率以及两次标定的物距差值的情况下，可以通过算法运算，在不使用激光测距仪的情况下，可以计算得出当前相机的分辨率，从而消除由于被测物与相机距离发生变化所产生的测量误差。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种使用距离差的相机标定方法进行第一次采图计算标定示意图；
图2为本发明实施例所述的一种使用距离差的相机标定方法进行第二次采图计算标定示意图；
图3为本发明实施例所述的一种使用距离差的相机标定方法进行两次标定差值的位置示意图；
图4为本发明实施例所述的一种使用距离差的相机标定方法使用时标定示意图。
附图标记说明：
1-被测物体；2-镜头；3-传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-4所示，一种使用距离差的相机标定方法，包括如下步骤：
S1、在被测物体1与镜头2距离为
Figure 117750DEST_PATH_IMAGE011
的位置进行第一次采图计算，得到分辨率
Figure 772371DEST_PATH_IMAGE024
与 像素个数
Figure 165306DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤1，被测物的实际物理宽度为
Figure 393025DEST_PATH_IMAGE015
且数值已知，被测物体1与镜头2之间的距离为
Figure 411665DEST_PATH_IMAGE011
且数值未知，相机传感器3上的被测物成像的物理宽度为
Figure 916596DEST_PATH_IMAGE016
且数值已知，单个像元的物理 宽度为
Figure 729700DEST_PATH_IMAGE026
且数值已知，被测物在相机成像的像素个数为：
Figure 713224DEST_PATH_IMAGE027
；
被测物的像素分辨率平均值为：
Figure 20709DEST_PATH_IMAGE028
；
S2、在被测物体1与镜头2距离为
Figure 629414DEST_PATH_IMAGE029
的位置进行第二次采图计算，得到分辨率
Figure 754364DEST_PATH_IMAGE030
与 像素个数
Figure 300883DEST_PATH_IMAGE031
；
步骤2，被测物的实际物理宽度为且数值已知，被测物体1与镜头2之间的距离为
Figure 192485DEST_PATH_IMAGE029
且数值未知，相机传感器3上的被测物成像的物理宽度为
Figure 140849DEST_PATH_IMAGE017
且数值已知，单个像元的物理宽 度为
Figure 699351DEST_PATH_IMAGE026
且数值已知，被测物在相机成像的像素个数为：
Figure 982434DEST_PATH_IMAGE032
；
被测物的像素分辨率平均值为：
Figure 162879DEST_PATH_IMAGE033
；
S3、通过公式得到分辨率与被测物体1宽、被测物体1在传感器3上的成像宽度、单个像元的物理宽度之间的关系；
由于
Figure 480597DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 947350DEST_PATH_IMAGE032
。代入像素分辨率计算公式可得：
Figure 999620DEST_PATH_IMAGE034
Figure 704795DEST_PATH_IMAGE035
Figure 17965DEST_PATH_IMAGE015
为被测物的实际物料宽度，
Figure 796565DEST_PATH_IMAGE016
为第一次采图计算时相机传感器3上的被测物成 像的物理宽度，
Figure 319819DEST_PATH_IMAGE017
为第二次采图计算时相机传感器3上的被测物成像的物理宽度，A为单个 像元的物理宽度。
S4、通过公式得到两次分辨率之间的比值，等于两次被测物体1在传感器3上的成像宽度比值；
可以得到，标定时的像素分辨率
Figure 966701DEST_PATH_IMAGE024
与被测物与镜头2距离发生变化后的像素分辨 率
Figure 9744DEST_PATH_IMAGE030
之间的比值为：
Figure 80949DEST_PATH_IMAGE036
S5、通过公式证明被测物体1宽度与镜头2与被测物体1距离之间的比值，等于被测物体1在传感器3上的成像宽度与镜头2与传感器3距离之间的比值；
根据三角函数可得：
Figure 825920DEST_PATH_IMAGE037
Figure 886280DEST_PATH_IMAGE038
S6、通过步骤S5的公式转换，得到被测物体1在传感器3上的成像宽度与被测物体1宽度、镜头2与被测物体1距离、镜头2与传感器3距离之间的关系；
步骤S6中被测物体1在传感器3上的成像宽度与被测物体1宽度、镜头2与被测物体1距离、镜头2与传感器3距离之间的关系为：
Figure 33096DEST_PATH_IMAGE018
Figure 12554DEST_PATH_IMAGE019
为镜头2与传感器3之间的距离。
S7、将步骤S6的公式代入步骤S4的公式，可以得到两次标定的分辨率之间的比值，等于两次标定时镜头2与传感器3距离之间的距离的比值；
Figure 526712DEST_PATH_IMAGE039
S8、通过步骤S7公式的转换，得到了第二次标定时的分辨率与第一次标定时分辨率、第一次标定时镜头2与传感器3距离、第二次标定时镜头2与传感器3距离之间的关系；
步骤S8中第一次标定时镜头2与传感器3距离、第二次标定时镜头2与传感器3距离 之间的关系为：
Figure 377381DEST_PATH_IMAGE020
。
S9、两次标定时镜头2与传感器3距离未知，但已知两次标定时镜头2与传感器3距 离之差
Figure 254070DEST_PATH_IMAGE040
；
卷绕材料，已知材料厚度与卷绕层数，可以得到两次标定的距离差；如两次材料放置于同一平面，已知两次标定的材料高度，可以通过两次标定的材料高度相减得到距离差等。
S10、将
Figure 810953DEST_PATH_IMAGE010
代入步骤S9的公式，可以得到两次标定时分辨率、第二次标定时的距离
Figure 671462DEST_PATH_IMAGE029
、两次标定时镜头2与传感器3距离之差
Figure 588471DEST_PATH_IMAGE010
之间的关系；
步骤S10中两次标定时分辨率、第二次标定时的距离
Figure 582316DEST_PATH_IMAGE029
、两次标定时镜头2与传感 器3距离之差
Figure 310101DEST_PATH_IMAGE010
之间的关系为：
Figure 657905DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 847447DEST_PATH_IMAGE022
。
S11、对步骤S10的公式转换，得到得到第一次标定时镜头2与传感器3距离之差
Figure 839674DEST_PATH_IMAGE011
、 第一次标定时镜头2与传感器3距离之差
Figure 456469DEST_PATH_IMAGE029
，通过第一次标定时的分辨率、第二次标定时的 分辨率、两次标定时镜头2与传感器3距离之差
Figure 763341DEST_PATH_IMAGE010
这三个参数的表达式，求得
Figure 507306DEST_PATH_IMAGE011
与
Figure 603307DEST_PATH_IMAGE029
；
步骤S11中，
Figure 141736DEST_PATH_IMAGE023
。
S12、在使用过程中，若测量时，已知当前测量位置与第一次标定的镜头2与传感器 3距离
Figure 198553DEST_PATH_IMAGE011
的距离差为
Figure 729898DEST_PATH_IMAGE012
，则可以得到当前分辨率
Figure 696717DEST_PATH_IMAGE041
，求得第一次标定时的分辨率
Figure 551188DEST_PATH_IMAGE024
、第二次 标定时的分辨率
Figure 954357DEST_PATH_IMAGE030
、两次标定时两次标定时镜头2与传感器3距离之差
Figure 305704DEST_PATH_IMAGE010
、当前测量位置与 第一次标定的镜头2与传感器3距离
Figure 110717DEST_PATH_IMAGE011
的距离差
Figure 381162DEST_PATH_IMAGE012
。
步骤12中当前被测物体1的分表率
Figure 22359DEST_PATH_IMAGE042
。
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在被测物体与镜头距离为
Figure 968212DEST_PATH_IMAGE001
的位置进行第一次采图计算，得到分辨率
Figure 698402DEST_PATH_IMAGE002
与像素个 数
Figure 619085DEST_PATH_IMAGE003
；
S2、在被测物体与镜头距离为
Figure 883801DEST_PATH_IMAGE004
的位置进行第二次采图计算，得到分辨率
Figure 42381DEST_PATH_IMAGE005
与像素个 数
Figure 333685DEST_PATH_IMAGE006
；
S3、通过公式得到分辨率与被测物体宽、被测物体在传感器上的成像宽度、单个像元的物理宽度之间的关系；
S4、通过公式得到两次分辨率之间的比值，等于两次被测物体在传感器上的成像宽度比值；
S5、通过公式证明被测物体宽度与镜头与被测物体距离之间的比值，等于被测物体在传感器上的成像宽度与镜头与传感器距离之间的比值；
S6、通过步骤S5的公式转换，得到被测物体在传感器上的成像宽度与被测物体宽度、镜头与被测物体距离、镜头与传感器距离之间的关系；
S7、将步骤S6的公式代入步骤S4的公式，可以得到两次标定的分辨率之间的比值，等于两次标定时镜头与传感器距离之间的距离的比值；
S8、通过步骤S7公式的转换，得到了第二次标定时的分辨率与第一次标定时分辨率、第一次标定时镜头与传感器距离、第二次标定时镜头与传感器距离之间的关系；
S9、两次标定时镜头与传感器距离未知，但已知两次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 476084DEST_PATH_IMAGE007
；
S10、将
Figure 550351DEST_PATH_IMAGE007
代入步骤S9的公式，可以得到两次标定时分辨率、第二次标定时的距离
Figure 297858DEST_PATH_IMAGE004
、两 次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 166588DEST_PATH_IMAGE007
之间的关系；
S11、对步骤S10的公式转换，得到得到第一次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 61863DEST_PATH_IMAGE001
、第一次 标定时镜头与传感器距离之差
Figure 2137DEST_PATH_IMAGE004
，通过第一次标定时的分辨率、第二次标定时的分辨率、两 次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 887308DEST_PATH_IMAGE007
这三个参数的表达式，求得
Figure 51573DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 309510DEST_PATH_IMAGE004
；
S12、在使用过程中，若测量时，已知当前测量位置与第一次标定的镜头与传感器距离
Figure 725579DEST_PATH_IMAGE001
的距离差为
Figure 41154DEST_PATH_IMAGE008
，则可以得到当前分辨率
Figure 845162DEST_PATH_IMAGE009
，求得第一次标定时的分辨率
Figure 183871DEST_PATH_IMAGE002
、第二次标定时 的分辨率
Figure 934789DEST_PATH_IMAGE005
、两次标定时两次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 901608DEST_PATH_IMAGE010
、当前测量位置与第一次标 定的镜头与传感器距离
Figure 283042DEST_PATH_IMAGE011
的距离差
Figure 696662DEST_PATH_IMAGE012
。
2.根据权利要求1所述的一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：步骤S3中分辨率与被测物体宽、被测物体在传感器上的成像宽度、单个像元的物理宽度之间的关系为：
Figure 923376DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 479122DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 31457DEST_PATH_IMAGE016
为被测物的实际物料宽度，
Figure 672654DEST_PATH_IMAGE017
为第一次采图计算时相机传感器上的被测物成像的物 理宽度，
Figure 437479DEST_PATH_IMAGE018
为第二次采图计算时相机传感器上的被测物成像的物理宽度，A为单个像元的物 理宽度。
3.根据权利要求2所述的一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：步骤S6中被测物体在传感器上的成像宽度与被测物体宽度、镜头与被测物体距离、镜头与传感器距离之间的关系为
Figure 644469DEST_PATH_IMAGE019
Figure 102126DEST_PATH_IMAGE020
为镜头与传感器之间的距离。
4.根据权利要求3所述的一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：步骤S8中第一 次标定时镜头与传感器距离、第二次标定时镜头与传感器距离之间的关系为：
Figure 699461DEST_PATH_IMAGE021
。
5.根据权利要求4所述的一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：步骤S10中两 次标定时分辨率、第二次标定时的距离
Figure 64714DEST_PATH_IMAGE022
、两次标定时镜头与传感器距离之差
Figure 798315DEST_PATH_IMAGE010
之间的关 系为：
Figure 545648DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 302383DEST_PATH_IMAGE024
。
6.根据权利要求5所述的一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：步骤S11中，
Figure 64802DEST_PATH_IMAGE025
。
7.根据权利要求6所述的一种使用距离差的相机标定方法，其特征在于：步骤12中当前 被测物体的分表率
Figure 590593DEST_PATH_IMAGE026
。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116538918A (zh) * 2023-04-07 2023-08-04 钛玛科（北京）工业科技有限公司 锂电池材料测量校正方法及装置
CN117974802A (zh) * 2024-01-10 2024-05-03 钛玛科（北京）工业科技有限公司 卷绕过程中动态确定相机分辨率的方法、装置及设备

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