CN115830148B - 一种标定板及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种标定板及标定方法，该标定板包括基板和印制于所述基板表面的特征图案；所述特征图案为由四种圆块组成圆形阵列，其每种圆块的值均由随机函数确定；其中：对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得；圆块的全局唯一编号及其在圆形阵列的位置用于表征该圆块的标定信息。本发明提供的一种标定板，其每个圆块的全局唯一编号均由其邻域的若干个圆块的值编码得到，即在进行标定过程中无需获取全部的特征图案便能实现标定，且每个圆块的值均为随机函数确定，因此该标定板在实际应用过程中，不仅可以支持随机编码，而且仅需部分图案便能实现标定，大大提高了标定系统的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉技术领域，尤其是涉及一种标定板及标定方法。
背景技术
随着机器视觉技术的蓬勃发展，在各个领域中都可以看到基于机器视觉技术的应用，而作为最重要的视觉传感器——相机，其能给视觉系统带来丰富的世界信息使得系统可以像人类一样很好的在自己的岗位中工作。但维持相机正常信息获取的基础是相机系统内参需要有一个好的标定，因此标定系统的设计显得至关重要。
现有的标定系统包括相机模型和标定板两个部分。其中，标定板的控制点选取方法一般有两种：①角点法；②圆形行阵列法。采用角点法的现有技术有AprilTag、棋盘格等，AprilTag虽然可以支持随机编码但其解码速度慢，而棋盘格不支持随机编码且需拍摄到完整的标定板才可进行解码。更重要的是，角点法中角点都存在受拍照角度、成像环境等因素的影响，其最终检测精度有限。采用圆形行阵列法的检测精度虽然比较高，但其无法支持随机编码且需拍摄到完整的标定板才可进行解码，大大限制了标定系统的灵活性。
发明内容
本发明旨在提供一种标定板及标定方法，以解决上述技术问题，在支持随机编码的同时，仅需部分图案便能实现标定，大大提高了标定系统的灵活性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种标定板，包括基板和印制于所述基板表面的特征图案；所述特征图案为由四种圆块组成圆形阵列，其每种圆块的值均由随机函数确定；其中：
对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得；
圆块的全局唯一编号及其在圆形阵列的位置用于表征该圆块的标定信息。
上述方案提供的一种标定板，其每个圆块的全局唯一编号均由其邻域的若干个圆块的值编码得到，即在进行标定过程中无需获取全部的特征图案便能实现标定，且每个圆块的值均为随机函数确定，因此该标定板在实际应用过程中，不仅可以支持随机编码，而且仅需部分图案便能实现标定，大大提高了标定系统的灵活性。
上述方案中，所述特征图案一旦确定下来，便只需部分标定板图案就可以完成解码，该方式可以使更多的控制点落在图像的边缘，提高对相机边缘标定的效果。且上述标定板由于采用了随即编码，因此相机移动可以更加灵活，不用担心距离问题无法拍到整个标定板而无法解码。
进一步地，所述随机函数为四值随机函数，其由标定板的编号设计得到，标定板的编号具备唯一性。
进一步地，所述四种圆块包括第一圆块、第二圆块、第三圆块和第四圆块；其中：所述第一圆块的值为00，第二圆块的值为01，第三圆块的值为10，第四圆块的值为11。
上述方案中，所述四种圆块的值采用二进制码进行表示，不同值的圆块在特征图案中表现为不同的圆块，其具备高度的随机性，降低了编码的难度，大大提高编码的效率。
进一步地，所述对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得，具体为：
对于任一圆块，确定其邻域的若干个圆块的编码顺序并根据编码顺序对若干个圆块的值进行编码，从而获得该圆块的全局唯一编号。
本发明还提出一种标定方法，包括：拍摄上述的一种标定板的全局图像或局部图像，并从所述全局图像或局部图像中提取出已知圆块并确定起始点；
基于起始点进行解码，获取标定板信息；
根据标定板信息进行标定处理；
所述已知圆块为全局图像或局部图像中包含的圆块。
上述方案中，该标定方法在获取局部图像的情况下也可以完成标定板信息的获取，从而实现最终的标定处理，大大降低了标定的要求，提高标定的效率。
进一步地，所述从所述全局图像或局部图像中提取出已知圆块并确定起始点，具体为：
确定所有已知圆块的种类，得到所有已知圆块的值；
对于任意已知圆块，获取该已知圆块邻域的若干个已知圆块的值并进行编码，确定其全局唯一编号；
若已知圆块的全局唯一编号正确，则将该已知圆块确定为起始点。
进一步地，所述基于起始点进行解码，获取标定板信息，具体为：
以起始点构建若干个邻域三角形并以每个邻域三角形为单位向外生长，每生长出一个圆块便进行解码并构建新的若干个邻域三角形，直至获取到标定板所有圆块；
对标定板所有圆块进行解码，获取标定板信息。
进一步地，所述直至获取到标定板所有圆块，包括：
对于未被生长到的圆块，则对其根据单应性进行投影编码，以实现其位置和全局唯一编号的获取。
上述方案利用圆块作为圆形控制点进行计算，充分利用了更多了轮廓信息，使得最终的标定精确度更高。
本发明提出一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种标定方法。
本发明提出一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行一种标定方法。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的标定板的一种特征图案示意图；
图2为本发明一实施例提供的8邻域圆块编码过程示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种标定方法流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的构建8邻域三角形过程示意图；
图5为本发明一实施例提供的邻域三角形向外生长过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种标定板，包括基板和印制于所述基板表面的特征图案，所述特征图案为由四种圆块组成圆形阵列，其每种圆块的值均由随机函数确定；其中：
对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得；
圆块的全局唯一编号及其在圆形阵列的位置用于表征该圆块的标定信息。
本实施例提供的一种标定板，其每个圆块的全局唯一编号均由其邻域的若干个圆块的值编码得到，即在进行标定过程中无需获取全部的特征图案便能实现标定，且每个圆块的值均为随机函数确定，因此该标定板在实际应用过程中，不仅可以支持随机编码，而且仅需部分图案便能实现标定，大大提高了标定系统的灵活性。
在本实施例中，所述特征图案一旦确定下来，便只需部分标定板图案就可以完成解码，该方式可以使更多的控制点落在图像的边缘，提高对相机边缘标定的效果。且上述标定板由于采用了随即编码，因此相机移动可以更加灵活，不用担心距离问题无法拍到整个标定板而无法解码。
进一步地，所述随机函数为四值随机函数，其由标定板的编号设计得到，标定板的编号具备唯一性。
需要说明的是，四值随机函数每次产生的值对应四种圆块中的一个，其是根据标定板的大小，如20X20，生成包含对应个数的圆块，以构成四值的特征图案。
进一步地，所述四种圆块包括第一圆块、第二圆块、第三圆块和第四圆块；其中：所述第一圆块的值为00，第二圆块的值为01，第三圆块的值为10，第四圆块的值为11。
在本实施例中，所述四种圆块的值采用二进制码进行表示，不同值的圆块在特征图案中表现为不同的圆块，其具备高度的随机性，降低了编码的难度，大大提高编码的效率。
为了更加清楚地描述本发明的特征图案的四种圆块，本实施例提供了一种样例，具体请参见图1。图1所示的特征图案包括四种圆块，分别为实心黑色圆块、黑色环圆块、黑色环实心黑色圆块和黑色环空心黑色环圆块。其中，实心黑色圆块，即第一圆块，其二进制码为00；黑色环圆块，即第二圆块，其二进制码为01；黑色环实心黑色圆块，即第三圆块，其二进制码为10；黑色环空心黑色环圆块，即第四圆块，其二进制码为11。
进一步地，所述对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得，具体为：
对于任一圆块，确定其邻域的若干个圆块的编码顺序并根据编码顺序对若干个圆块的值进行编码，从而获得该圆块的全局唯一编号。
需要说明的是，在编码任一圆块的全局唯一编号时，其邻域可以包括
个圆块，/>
且/>
，其邻域的选择过程使其全局唯一编号编码更具备随机性。更重要的，其邻域圆块编码顺序的确定又进一步强化了随机的可能，使得全局唯一编号随机性更强，即最终标定结果的准确度更高。
为了更加清楚地描述本发明的圆块编码过程，本实施例以8邻域圆块编码过程作为实例，具体可参见图2，其编码过程具体如下：
中心圆块作为待编码的圆形图案，对其8个邻域圆块采用左上角开始顺时针进行排列，并且将中心圆块排列在最后的二进制编码方式，则有：111001110100100011，将该二进制码转化为十进制236835，236835即为中心圆块的全局唯一编码。需注意的是，在编码过程中若出现重复的全局唯一编码，则对其不进行保留。
请参见图3，本实施例提出一种标定方法，包括：
S1：拍摄上述的一种标定板的全局图像或局部图像，并从所述全局图像或局部图像中提取出已知圆块并确定起始点；
S2：基于起始点进行解码，获取标定板信息；
S3：根据标定板信息进行标定处理；
所述已知圆块为全局图像或局部图像中包含的圆块。
在本实施例中，该标定方法在获取局部图像的情况下也可以完成标定板信息的获取，从而实现最终的标定处理，大大降低了标定的要求，提高标定的效率。
进一步地，所述从所述全局图像或局部图像中提取出已知圆块并确定起始点，具体为：
确定所有已知圆块的种类，得到所有已知圆块的值；
对于任意已知圆块，获取该已知圆块邻域的若干个已知圆块的值并进行编码，确定其全局唯一编号；
若已知圆块的全局唯一编号正确，则将该已知圆块确定为起始点。
需要说明的是，以图1所示的特征图案为例，本实施例确定所有已知圆块的种类的过程可以为：
首先对全局图像或局部图像进行圆心检测，获取到圆心位置和半径；再根据圆心到圆的外轮廓的连线上的黑白色的跳变次数来确定已知圆块的种类。其中，实心黑色圆块跳变次数为0，黑色环圆块跳变次数为1、黑色环实心黑色圆块跳变次数为2，黑色环空心黑色环圆块跳变次数为3。
上述实施例通过黑白色的跳变次数确定已知圆块的种类，该方式操作简单且易于实现，识别效率高。
进一步地，所述基于起始点进行解码，获取标定板信息，具体为：
以起始点构建若干个邻域三角形并以每个邻域三角形为单位向外生长，每生长出一个圆块便进行解码并构建新的若干个邻域三角形，直至获取到标定板所有圆块；
对标定板所有圆块进行解码，获取标定板信息。
需要说明的是，由于每个圆块都是提前进行编码的了，因而当起始点以及其邻域内所有圆块的标定信息已经确定后，其向外生长所得到圆块的标定信息也是确定的。
为了进一步说明本发明的构建若干个邻域三角形的过程，本实施例以起始点及其8邻域为例，以起始点为中心顺时针构建8邻域三角形，三角形的边是双向，可参见图4所示。接着以邻域三角形为单位向外生长，每个边可以在不同方向生成出一个点，即圆块，每生长一个点就重新构建新的8邻域三角形，生长完毕的邻域三角形便被释放掉。在实施过程中可以采用广度优先进行生长直到所有的点都被生长到，三角形生长如图5所示。其中，里侧三个圆块为原三角形的点，外侧三个圆块为该三角形生长过程中找到的点，虚线为预测线。
进一步地，所述直至获取到标定板所有圆块，包括：
对于未被生长到的圆块，则对其根据单应性进行投影编码，以实现其位置和全局唯一编号的获取。
本实施例利用圆块作为圆形控制点进行计算，充分利用了更多了轮廓信息，使得最终的标定精确度更高。
本实施例提出一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种标定方法。
本实施例提出一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行一种标定方法。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种标定板，包括基板和印制于所述基板表面的特征图案；其特征在于，所述特征图案为由四种圆块组成圆形阵列，其每种圆块的值均由随机函数确定；其中：
对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得；
圆块的全局唯一编号及其在圆形阵列的位置用于表征该圆块的标定信息；其中：
将该标定板中某一圆块作为起始点，以起始点构建若干个邻域三角形并以每个邻域三角形为单位向外生长，每生长出一个圆块便进行解码，同时构建新的若干个邻域三角形，直至获取到标定板所有圆块。
2.根据权利要求1所述的一种标定板，其特征在于，所述随机函数为四值随机函数，其由标定板的编号设计得到。
3.根据权利要求1所述的一种标定板，其特征在于，所述四种圆块包括第一圆块、第二圆块、第三圆块和第四圆块；其中：所述第一圆块的值为00，第二圆块的值为01，第三圆块的值为10，第四圆块的值为11。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种标定板，其特征在于，所述对于任一圆块，其全局唯一编号由该圆块邻域的若干个圆块的值编码获得，具体为：
对于任一圆块，确定其邻域的若干个圆块的编码顺序并根据编码顺序对若干个圆块的值进行编码，从而获得该圆块的全局唯一编号。
5.一种标定方法，其特征在于，包括：
拍摄如权利要求1至4任一项所述的一种标定板的全局图像或局部图像，并从所述全局图像或局部图像中提取出已知圆块并确定起始点；
以起始点构建若干个邻域三角形并以每个邻域三角形为单位向外生长，每生长出一个圆块便进行解码并构建新的若干个邻域三角形，直至获取到标定板所有圆块，对标定板所有圆块进行解码，获取标定板信息；
根据标定板信息进行标定处理；
所述已知圆块为全局图像或局部图像中包含的圆块。
6.根据权利要求5所述的一种标定方法，其特征在于，所述从所述全局图像或局部图像中提取出已知圆块并确定起始点，具体为：
确定所有已知圆块的种类，得到所有已知圆块的值；
对于任意已知圆块，获取该已知圆块邻域的若干个已知圆块的值并进行编码，确定其全局唯一编号；
若已知圆块的全局唯一编号正确，则将该已知圆块确定为起始点。
7.根据权利要求5所述的一种标定方法，其特征在于，所述直至获取到标定板所有圆块，包括：
对于未被生长到的圆块，则对其根据单应性进行投影编码，以实现其位置和全局唯一编号的获取。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求5至7任一项所述的一种标定方法。
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| Bingyao Huang 等.A Fast and Flexible Projector-Camera Calibration System.《 IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 》.2021,第18卷(第3期),第1049 - 1063页. * |
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