CN117745843A - 一种近红外双目相机同步标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近红外双目相机同步标定方法及装置，该方法通过计算每台设备红外图像中对应的近红外反光小球的中心点坐标，并与三坐标测量机输出的点位坐标进行匹配，可大幅提升双目相机的标定精度。通过三坐标测量机带动标定板在不同深度范围进行移动，大幅提升了近红外双目相机的标定范围，实现了相机全视场的准确标定。通过多台近红外双目相机并行采集红外图像的方式，使得近红外双目相机的标定效率大幅提升。

Description

一种近红外双目相机同步标定方法及装置

技术领域

本发明涉及双目相机标定技术领域，特别是涉及一种可以实现同步高精度标定的近红外双目相机同步标定方法及装置。

背景技术

双目相机的内外参数标定是制约相机成像质量与成像物体和真实世界的位置关系求解的核心因素。相机的标定是根据像素坐标系与世界坐标系的关系，利用一定的约束条件，来求解相机的内外参数以及畸变系数的过程。相机标定方法可分为两种，第一种是需要参照物的传统标定方法；另一种则是不需参照物的相机自标定法。

传统的标定方法一般以棋盘格作为参照物，其中每个棋盘格的大小，尺寸以及棋盘格的数量都是已知的。标定过程就是，将棋盘格的顶点与图像上的对应点建立对应关系，利用棋盘格的已知信息来求得相机模型的内外参数和畸变系数。这种标定方法通常有张正友标定法和Tas i两步标定法等。这种方法容易受到标定物的制作精度的影响，但精度仍比另一种方法高。相机自标定法是不需要参照物的，通常有基于Kruppa方程的标定法等。其根据多视图约束几何方程，在不同位置采集多幅同场景的图像，通过相机的约束信息以及对应点的几何信息来完成相机参数的计算。其最大优点就是不需要制作标定参考物，比较灵活；但由于缺少标定物，鲁棒性和精度都有所欠缺。

然而，传统基于棋盘格的标定方法受制于棋盘格的尺寸以及棋盘格的角点识别等问题，且无法在大范围内使用棋盘格进行均匀标定。针对近红外双目相机的标定，由于图像中无法看清普通黑白棋盘格，因此，黑白棋盘格的标定方法不适用于近红外双目相机。

因此，如何提供一种标定方法，可以极大提升近红外双目相机标定的效率和精度，且可以扩展至所有双目相机的标定，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种近红外双目相机同步标定方法及装置。解决了近红外双目相机标定效率低、精度低、范围小的问题。

本发明提供了如下方案：

一种近红外双目相机同步标定方法，包括：

将待标定近红外双目相机固定在相机固定工装上，并置于三坐标测量机前方；

将近红外标定板与所述三坐标测量机的支臂刚性固定，所述近红外标定板上固定有近红外反光球；

利用所述三坐标测量机带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动，并在每个移动点位采集所述待标定近红外双目相机的左右目近红外标定板图像以及所述三坐标测量机输出的金标准三维坐标；

在每个移动点位上计算近红外标定板图像中所述反光小球的中心点坐标；

将各个反光小球的中心点坐标与所述金标准三维坐标进行映射和匹配，求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

优选地：采用轮廓质心与灰度加权算法提取左右目近红外标定板图像中反光小球的中心点坐标。

优选地：通过刚性匹配与非线性优化求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

优选地：所述待标定近红外双目相机包括多个，多个所述待标定近红外双目相机均固定于所述相机固定工装上；所述近红外反光球包括与多个所述待标定近红外双目相机数量相同的多个，多个所述近红外反光球均固定于所述近红外标定板上。

优选地：利用所述三坐标测量机带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动之前调整相机与三坐标测量机的初始位置；

将所述支臂移动至与所述近红外双目相机距离第一距离位置处，同步调整所述待标定近红外双目相机在所述相机固定工装上的位置，使所述待标定近红外双目相机的左右目视场中所述反光小球处于视场中心位置。

优选地：调整所述支臂与所述待标定近红外双目相机的距离为第二距离，所述第二距离小于所述第一距离；

在所述第二距离的范围上构建所述支臂的运动网格，网格大小长与宽相等，范围为所述待标定近红外双目相机在该深度距离上的视场范围。

优选地：所述第一距离为1.75米，所述第二距离为0.95米。

优选地：所述不同深度距离包括在所述第二距离基础上逐级增加0.2米获得多个深度距离。

一种近红外双目相机同步标定装置，包括：

相机固定工装，所述相机固定工装用于固定连接至少一台待标定近红外双目相机；所述相机固定工装包括高度调节机构，以使所述待标定近红外双目相机的视场中可见近红外反光球；

近红外标定板，所述近红外标定板上设置有至少一个所述可见近红外反光球；

三坐标测量机，所述三坐标测量机包括支臂，所述近红外标定板与所述支臂固定相连；

其中，所述相机固定工装设置于所述三坐标测量机的前方，所述三坐标测量机用于带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动，以便在每个移动点位采集所述待标定近红外双目相机的左右目近红外标定板图像以及所述三坐标测量机输出的金标准三维坐标；

并在每个移动点位上计算近红外标定板图像中所述反光小球的中心点坐标；将各个反光小球的中心点坐标与所述金标准三维坐标进行映射和匹配，求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

优选地：所述相机固定工装用于固定连接多台所述待标定近红外双目相机，所述近红外标定板上设置有数量与多台所述待标定近红外双目相机个数相同的多个所述可见近红外反光球；

所述相机固定工装包括用于实现多台所述待标定近红外双目相机彼此之间间距调节的间距调节机构，以便结合所述高度调节机构使每台所述待标定近红外双目相机的视场中均可见对应的所述近红外反光球。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本申请实施例提供的一种近红外双目相机同步标定方法及装置，通过计算每台设备红外图像中对应的近红外反光小球的中心点坐标，并与三坐标测量机输出的点位坐标进行匹配，可大幅提升双目相机的标定精度。通过三坐标测量机带动标定板在不同深度范围进行移动，大幅提升了近红外双目相机的标定范围，实现了相机全视场的准确标定。通过多台近红外双目相机并行采集红外图像的方式，使得近红外双目相机的标定效率大幅提升。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种近红外双目相机同步标定方法的流程图；

图2a是本发明实施例提供的多台近红外双目相机固定方式示意图；

图2b是本发明实施例提供的多台近红外双目相机固定方式另一示意图；

图3是本发明实施例提供的近红外标定板固定方式示意图；

图4是本发明实施例提供的多台近红外双目相机同步标定方法流程图。

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、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种近红外双目相机同步标定方法，如图1所示，该方法可以包括：

S101:将待标定近红外双目相机固定在相机固定工装上，并置于三坐标测量机前方；

S102:将近红外标定板与所述三坐标测量机的支臂刚性固定，所述近红外标定板上固定有近红外反光球；

S103:利用所述三坐标测量机带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动，并在每个移动点位采集所述待标定近红外双目相机的左右目近红外标定板图像以及所述三坐标测量机输出的金标准三维坐标；

进一步的，利用所述三坐标测量机带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动之前调整相机与三坐标测量机的初始位置；

将所述支臂移动至与所述近红外双目相机距离第一距离位置处，同步调整所述待标定近红外双目相机在所述相机固定工装上的位置，使所述待标定近红外双目相机的左右目视场中所述反光小球处于视场中心位置。

调整所述支臂与所述待标定近红外双目相机的距离为第二距离，所述第二距离小于所述第一距离；

在所述第二距离的范围上构建所述支臂的运动网格，网格大小长与宽相等，范围为所述待标定近红外双目相机在该深度距离上的视场范围。

本申请实施例提供的第一距离以及第二距离可以根据实际需要进行确定，例如，在一种实现方式下，本申请实施例可以提供所述第一距离为1.75米，所述第二距离为0.95米。

不同深度距离的具体距离值也可以根据实际需要进行确定，例如，所述不同深度距离包括在所述第二距离基础上逐级增加0.2米获得多个深度距离。

S104:在每个移动点位上计算近红外标定板图像中所述反光小球的中心点坐标；具体实现时，可以采用轮廓质心与灰度加权算法提取左右目近红外标定板图像中反光小球的中心点坐标。

S105:将各个反光小球的中心点坐标与所述金标准三维坐标进行映射和匹配，求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。在具体实现时，通过刚性匹配与非线性优化求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

本申请实施例提供的近红外双目相机同步标定方法，通过提供的相机固定工装和近红外反光球的标定板工装，将近红外双目相机固定在三坐标测量机前，将标定板固定在三坐标测量机的金属支臂上。利用三坐标测量机带动标定板在距离双目相机不同深度距离处进行网格状移动，并在每个移动点位采集双目相机的左右目近红外图像与三坐标测量机输出的金标准三维坐标。通过计算红外图像中反光小球的中心点坐标并匹配至三坐标测量机输出的三维点，从而实现近红外双目相机的内外参数求解。采用获取近红外反光球的图像辅助标定的方式，解决了近红外双目相机的标定，由于图像中无法看清普通黑白棋盘格存在的问题。

为了进一步的实现对多台相机进行同步标定，本申请实施例还可以提供所述待标定近红外双目相机包括多个，多个所述待标定近红外双目相机均固定于所述相机固定工装上；所述近红外反光球包括与多个所述待标定近红外双目相机数量相同的多个，多个所述近红外反光球均固定于所述近红外标定板上。

可同时标定4-8台近红外双目相机，且在每台设备的全视场范围内，标定精度可达0.1mm内。该标定方法极大提升了近红外双目相机标定的效率和精度，且可以扩展至所有双目相机的标定方法中。

总之，本申请提供的近红外双目相机同步标定方法，通过计算每台设备红外图像中对应的近红外反光小球的中心点坐标，并与三坐标测量机输出的点位坐标进行匹配，可大幅提升双目相机的标定精度。通过三坐标测量机带动标定板在不同深度范围进行移动，大幅提升了近红外双目相机的标定范围，实现了相机全视场的准确标定。通过多台近红外双目相机并行采集红外图像的方式，使得近红外双目相机的标定效率大幅提升。

本申请实施例还可以提供一种近红外双目相机同步标定装置，包括：

相机固定工装，所述相机固定工装用于固定连接至少一台待标定近红外双目相机；所述相机固定工装包括高度调节机构，以使所述待标定近红外双目相机的视场中可见近红外反光球；

近红外标定板，所述近红外标定板上设置有至少一个所述可见近红外反光球；

三坐标测量机，所述三坐标测量机包括支臂，所述近红外标定板与所述支臂固定相连；

其中，所述相机固定工装设置于所述三坐标测量机的前方，所述三坐标测量机用于带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动，以便在每个移动点位采集所述待标定近红外双目相机的左右目近红外标定板图像以及所述三坐标测量机输出的金标准三维坐标；

并在每个移动点位上计算近红外标定板图像中所述反光小球的中心点坐标；将各个反光小球的中心点坐标与所述金标准三维坐标进行映射和匹配，求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

进一步的，所述相机固定工装用于固定连接多台所述待标定近红外双目相机，所述近红外标定板上设置有数量与多台所述待标定近红外双目相机个数相同的多个所述可见近红外反光球；

所述相机固定工装包括用于实现多台所述待标定近红外双目相机彼此之间间距调节的间距调节机构，以便结合所述高度调节机构使每台所述待标定近红外双目相机的视场中均可见对应的所述近红外反光球。

在具体实现时，通过特制固定工装将4-8台近红外双目相机进行固定，然后将标定板工装固定于高精度三坐标测量机的支臂上，支臂的运动代表标定板的运动。通过编程使标定板在距离近红外双目相机不同深度距离处分别按照网格点位进行运动，在每个点位上，每台近红外双目相机均采集标定板的左右目近红外图像，标定板上固定有4-8个近红外反光小球。而后在每个点位上计算近红外图像中反光小球的中心点坐标，并将该坐标与三坐标测量机输出的金标准三维坐标进行映射和匹配，最终求解近红外双目相机的内外参数。

下面以同时对四台近红外双目相机进行同步标定为例，对本申请实施例提供的方法以及装置进行详细说明。

如图2a、图2b所示，图2a、图2b为多台近红外双目相机固定方式示意图。其中A为相机的固定工装，B、C、D、E为4台近红外双目相机，B、C与D、E相机的间隔可调，固定工装的上下高度可调，以确保每台设备的视场中可见近红外反光小球。

如图3所示，图3为近红外标定板固定方式示意图。其中F为包含近红外反光小球的标定板，该标定板上固定有4颗近红外反光小球。

如图4所示，图4为同步标定技术的流程图，该流程主要包括以下步骤：

步骤401，将4台近红外双目相机同步固定在相机固定工装上，并置于三坐标测量机前方，将近红外标定板与三坐标测量机金属支臂G用螺钉刚性固定。

步骤402，调整相机与三坐标测量机的初始位置。将三坐标支臂移动至与相机距离1.75m处，同步调整4台近红外双目相机的位置，使得在每台近红外双目相机的左右目视场中可以观察到对应的反光小球刚好处于视场中心位置。

步骤403，调整三坐标机支臂与相机的距离为0.95m，在该深度范围上构建三坐标机支臂的运动网格，网格大小为9×9，范围为近红外双目相机在该深度距离上的视场范围。

步骤404，打开4台近红外双目相机的图像采集功能，同时采集4台近红外双目相机的左右目近红外标定板图像。

步骤405，按照运动网格的规则，执行三坐标测量机支臂的网格运动，近红外标定板做同样运动。

步骤406，调整三坐标机支臂与近红外双目相机的距离分别为1.15m、1.35m、1.55m、1.75m、1.95m、2.15m、2.35m，并重复步骤303-305，最终获得所有深度范围上采集的近红外相机左右目包含反光小球的近红外标定板图像。

步骤407，采用轮廓质心与灰度加权算法提取左右目近红外图像中反光小球的中心点坐标。

步骤408，将提取的反光小球二维中心坐标与三坐标机输出的金标准三维坐标进行匹配，通过刚性匹配与非线性优化可得近红外相机的内外参数。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加上必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，包括：

将待标定近红外双目相机固定在相机固定工装上，并置于三坐标测量机前方；

将近红外标定板与所述三坐标测量机的支臂刚性固定，所述近红外标定板上固定有近红外反光球；

利用所述三坐标测量机带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动，并在每个移动点位采集所述待标定近红外双目相机的左右目近红外标定板图像以及所述三坐标测量机输出的金标准三维坐标；

在每个移动点位上计算近红外标定板图像中所述反光小球的中心点坐标；

将各个反光小球的中心点坐标与所述金标准三维坐标进行映射和匹配，求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

2.根据权利要求1所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，采用轮廓质心与灰度加权算法提取左右目近红外标定板图像中反光小球的中心点坐标。

3.根据权利要求1所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，通过刚性匹配与非线性优化求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

4.根据权利要求1所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，所述待标定近红外双目相机包括多个，多个所述待标定近红外双目相机均固定于所述相机固定工装上；所述近红外反光球包括与多个所述待标定近红外双目相机数量相同的多个，多个所述近红外反光球均固定于所述近红外标定板上。

5.根据权利要求1所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，利用所述三坐标测量机带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动之前调整相机与三坐标测量机的初始位置；

将所述支臂移动至与所述近红外双目相机距离第一距离位置处，同步调整所述待标定近红外双目相机在所述相机固定工装上的位置，使所述待标定近红外双目相机的左右目视场中所述反光小球处于视场中心位置。

6.根据权利要求5所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，调整所述支臂与所述待标定近红外双目相机的距离为第二距离，所述第二距离小于所述第一距离；

在所述第二距离的范围上构建所述支臂的运动网格，网格大小长与宽相等，范围为所述待标定近红外双目相机在该深度距离上的视场范围。

7.根据权利要求6所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，所述第一距离为1.75米，所述第二距离为0.95米。

8.根据权利要求7所述的近红外双目相机同步标定方法，其特征在于，所述不同深度距离包括在所述第二距离基础上逐级增加0.2米获得多个深度距离。

9.一种近红外双目相机同步标定装置，其特征在于，包括：

相机固定工装，所述相机固定工装用于固定连接至少一台待标定近红外双目相机；所述相机固定工装包括高度调节机构，以使所述待标定近红外双目相机的视场中可见近红外反光球；

近红外标定板，所述近红外标定板上设置有至少一个所述可见近红外反光球；

三坐标测量机，所述三坐标测量机包括支臂，所述近红外标定板与所述支臂固定相连；

其中，所述相机固定工装设置于所述三坐标测量机的前方，所述三坐标测量机用于带动所述近红外标定板在距离所述待标定近红外双目相机不同深度距离处进行网格状移动，以便在每个移动点位采集所述待标定近红外双目相机的左右目近红外标定板图像以及所述三坐标测量机输出的金标准三维坐标；

并在每个移动点位上计算近红外标定板图像中所述反光小球的中心点坐标；将各个反光小球的中心点坐标与所述金标准三维坐标进行映射和匹配，求解获得所述待标定近红外双目相机的内外参数。

10.根据权利要求7所述的近红外双目相机同步标定装置，其特征在于，所述相机固定工装用于固定连接多台所述待标定近红外双目相机，所述近红外标定板上设置有数量与多台所述待标定近红外双目相机个数相同的多个所述可见近红外反光球；

所述相机固定工装包括用于实现多台所述待标定近红外双目相机彼此之间间距调节的间距调节机构，以便结合所述高度调节机构使每台所述待标定近红外双目相机的视场中均可见对应的所述近红外反光球。