CN206413091U - 一种全景摄像机数据采集和标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提供一种全景摄像机数据采集和标定装置，包括全景摄像机、滚珠丝杆、滚珠丝杆螺母座、轴承、刻度圆盘、圆盘旋转台和步进电机，圆盘旋转台能够在1#步进电机驱动下实现在水平面上360度旋转；圆盘旋转台上左右对称设置有两根滚珠丝杆，两滚珠丝杆在2#步进电机驱动下旋转，两滚珠丝杆上的滚珠丝杆螺母座能够同时沿着滚珠丝杆在竖直方向上上下移动，进而带动连接在两滚珠丝杆螺母座之间的轴承以及轴承上安装的全景摄像机实现对应的上下移动。用该装置通过全景摄像机获取多组清晰稳定的图像，可以提高全景摄像机参数标定的精度和效率，简化摄像机图像数据采集和参数标定的操作，增强标定装置的实用性。

Description

一种全景摄像机数据采集和标定装置

技术领域

本实用新型涉及摄像技术领域，特别涉及一种全景摄像机数据采集和标定装置。

背景技术

在计算机视觉和摄影测量领域中，为了获取物理空间实际点与计算机图像中像素点的对应关系，必须对摄像机进行参数标定。摄像机标定一般需要从不同的角度和方位对目标物采集多组图像，再通过一系列的数学变换和计算方法求解得到摄像机参数。

传统获取多组图像的方法，通常采用人工移动摄像机进行多角度拍摄获取图像，即通过标定者手持摄像机，并在不同方位对目标物进行不同角度的拍摄以获取多组图像，这种图像采集方法耗时费力、获取数据稳定性和准确性较低，同时摄像机在移动过程中容易发生随机抖动，使拍摄的图像出现模糊不清的现象，通过人工手动移动摄像机进行多次拍摄的方法不够精准，甚至导致标定结果错误。另外，采用传统的摄像机标定方法对多台摄像机进行标定时，需要对每台摄像机逐个利用标定参照物来进行标定，实现起来过程繁琐且复杂，并且不易于批量处理。

因此，设计出一款能够实现自动标定的摄像机标定装置是本领域亟需的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种全景摄像机数据采集和标定装置。利用该装置通过全景摄像机获取多组清晰稳定的图像，不仅可以提高全景摄像机参数标定的精度和效率，而且可以降低生产成本，简化摄像机图像数据采集和参数标定的操作，增强标定装置的实用性，适合摄像机数据采集和参数标定的自动批量处理。

本实用新型采用的技术方案是：

一种全景摄像机数据采集和标定装置，包括全景摄像机、滚珠丝杆、滚珠丝杆螺母座、轴承、刻度圆盘、圆盘旋转台和步进电机，所述圆盘旋转台与1# 步进电机的输出端连接，由1#步进电机驱动实现在水平面上进行360度旋转；所述圆盘旋转台上左右对称设置有两根滚珠丝杆，两滚珠丝杆相对于圆盘旋转台垂直设置，滚珠丝杆的底端设置在圆盘旋转台上且滚珠丝杆均与2#步进电机的输出端连接，2#步进电机作为滚珠丝杆旋转运动的驱动源，两滚珠丝杆上均设置有一滚珠丝杆螺母座，两滚珠丝杆的滚珠丝杆螺母座之间通过轴承联接，所述轴承中部固定有摄像机固定盘底座，摄像机固定盘底座上安装有刻度圆盘，刻度圆盘上带有用于固定安装全景摄像机的摄像机固定孔，两滚珠丝杆在2#步进电机驱动下旋转时，两滚珠丝杆上的滚珠丝杆螺母座能够同时沿着滚珠丝杆在竖直方向上上下移动，进而带动连接在两滚珠丝杆螺母座之间的轴承以及轴承上安装的全景摄像机实现对应的上下移动。

进一步地，所述1#步进电机、2#步进电机构成电机模块，所述圆盘旋转台设置在底座上，底座内设置有电机模块、通信模块、运动控制器，所述底座外壳上设置有显示屏接口和电源线接口。电源线接口用于外接电源，负责为各用电设备电机提供工作电源，显示屏接口可以外接显示器用来显示控制圆盘旋转台转动的角度精确值。通信模块负责标定装置编码器与运动控制器之间的信息交流。运动控制器用于控制电机模块中的各步进电机的工作状态，进而控制滚珠丝杆、圆盘旋转台的运动状态，从而使固定在摄像机刻度圆盘上的全景摄像机能够自动获取多组清晰稳定的图像。

进一步地，所述圆盘旋转台上刻有激光刻度标尺。驱动圆盘旋转台的1#步进电机由运动控制器精准控制其运动状态，使得圆盘旋转台可以在水平面方向进行角度精确的360度旋转运动。

进一步地，本实用新型所述全景摄像机为双鱼眼全景摄像机。

进一步地，所述滚珠丝杆的两侧均分别设置有一直线导杆。

初始化刻度圆盘和圆盘旋转台的角度位置，显示器接口连接到显示屏上可以读取当前刻度圆盘和圆盘旋转台的转动角度，2#步进电机用来驱动滚珠丝杆的运转，从而带动轴承在竖直方向上进行升降运动，利用同一通信协议对全景摄像机数据采集和标定装置进行编码控制，使刻度圆盘和圆盘旋转台在不同方向上自动旋转，实现标定物任意角度的定位，同时对左右标定板摄取多组图像，代入全景摄像机标定方法中进行迭代优化，提高摄像机参数标定的精度。

双目全景摄像机在标定过程中如图2所示，将全景摄像机固定在刻度圆盘的摄像机固定孔中，全景摄像机的初始位置为与左右标定板所在的电子屏幕平行放置，并且与左右标定板的中垂线对齐。通过底座内嵌的2#步进电机对全景摄像机进行高度升降调整，利用运动控制器控制1#步进电机进而控制刻度圆盘和圆盘旋转台的平稳转动，使得全景摄像机的两个鱼眼镜头光轴与左右标定板大致平行，并位于左右两个标定板之间进行平稳的水平旋转运动，或以恒定的速度在垂直方向上进行上下移动，以保证摄像机能稳定地获取多组不同角度拍摄的清晰图像。

相比手动控制全景摄像机移动进行多角度拍摄方式，本实用新型的有益效果是，结构简单，操作方便快捷，稳定性高，容易实现自动化管理，可以使轴承、刻度圆盘和圆盘旋转台分别三个方向上实现独立运动，实现三维方向的自动控制即控制轴承在竖直方向上下平移运动，摄像机固定盘底座上的刻度圆盘在竖直平面内360度旋转运动和圆盘旋转台在水平面方向上进行360度旋转运动。利用运动控制器和伺服电机控制全景摄像机自动旋转运动，改变角度进行多方位拍摄，实现数据的自动采集和传输，保证获取数据的稳定性和可靠性，传输数据速度快、用时短，以便提高全景摄像机的标定效率和精度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是双目全景摄像机在标定过程中摆放位置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

本实用新型旨在提供一种全景摄像机数据采集和标定装置。如图1所示，全景摄像机数据采集和标定装置主要包括全景摄像机、滚珠丝杆1、直线导杆2、滚珠丝杆螺母座3、摄像机固定盘底座4、刻度圆盘5、轴承6、摄像机固定孔7、圆盘旋转台8以及底座。底座内设置有电机模块13、通信模块12、运动控制器 14，所述底座外壳上设置有显示屏接口11和电源线接口10。电机模块13包括 1#步进电机和2#步进电机。

圆盘旋转台8与1#步进电机的输出端连接，由1#步进电机驱动实现在水平面上进行360度旋转。所述圆盘旋转台8上刻有激光刻度标尺9。驱动圆盘旋转台8的1#步进电机由运动控制器精准控制其运动状态，使得圆盘旋转台可以在水平面方向进行角度精确的360度旋转运动。

圆盘旋转台8上方左右对称设置有两根滚珠丝杆1，两滚珠丝杆1相对于圆盘旋转台8垂直设置，滚珠丝杆1的两侧均分别竖直设置有一直线导杆2。滚珠丝杆1以及直线导杆2的底端设置在圆盘旋转台8上且两滚珠丝杆1均与2#步进电机的输出端连接，2#步进电机作为两滚珠丝杆8旋转运动的驱动源。两滚珠丝杆8上均设置有一滚珠丝杆螺母座3。左右两侧的滚珠丝杆8与直线导杆2 通过滚珠丝杆螺母座3与轴承6联接，轴承6连接在两滚珠丝杆螺母座3之间。轴承6中部固定有摄像机固定盘底座4，摄像机固定盘底座4上安装有刻度圆盘5，刻度圆盘5上带有用于固定安装全景摄像机的摄像机固定孔7，两滚珠丝杆 1在2#步进电机驱动下旋转时，两滚珠丝杆1上的滚珠丝杆螺母座3能够同时沿着滚珠丝杆1在竖直方向上上下移动，进而带动连接在两滚珠丝杆螺母座3 之间的轴承6以及轴承6上安装的全景摄像机实现对应的上下移动。

圆盘旋转台8设置在底座上，底座内设置有电机模块13、通信模块12、运动控制器14，所述底座外壳上设置有显示屏接口11和电源线接口10。电源线接口用于外接电源，负责为各用电设备电机提供工作电源，显示屏接口可以外接显示器用来显示控制圆盘旋转台转动的角度精确值。通信模块负责标定装置编码器与运动控制器之间的信息交流。运动控制器用于控制电机模块中的各步进电机的工作状态，进而控制滚珠丝杆、圆盘旋转台的运动状态，从而使固定在摄像机刻度圆盘上的全景摄像机能够自动获取多组清晰稳定的图像。

本实用新型全景摄像机为双鱼眼全景摄像机。全景摄像机被固定在摄像机固定孔中，通过电源线接口为装置供电，利用同一通信协议对装置进行编码控制，使刻度圆盘和圆盘旋转台在不同方向上自动旋转，实现标定物任意角度的定位，伺服电机用来驱动滚珠丝杆的运转，从而带动轴承在竖直方向上进行升降运动。使轴承、刻度圆盘和圆盘旋转台分别三个方向上实现独立运动，实现三维方向的自动控制，即控制轴承在竖直方向上下平移运动，摄像机固定盘底座上的刻度圆盘在竖直平面内360度旋转运动和圆盘旋转台在水平面方向上进行360度旋转运动。

通过圆盘旋转台和升降轴承的运动来带动全景摄像机在水平和垂直方向上进行平稳的扫描移动，并自动采集多组标定图像。圆盘旋转台和刻度圆盘的这种自动旋转采集图像的方式相比于手动移动摄像机采集图像的方式，操作更加简单便捷，实时性好，可靠性高，能有效地防止转动过程中随机抖动造成拍摄图像模糊不清的影响。另外内嵌的通信模块、运动控制器、伺服电机等模块协同控制，电源线接口为装置供电，通信模块负责编码器与控制器之间的信息交流。

初始化刻度圆盘和圆盘旋转台的角度位置，显示器接口连接到显示屏上可以读取当前刻度圆盘和圆盘旋转台的转动角度。本装置结构简单、设计合理，可以实现三个方向上的自由运动，利用运动控制器和伺服电机控制全景摄像机自动旋转运动，改变角度进行多方位拍摄，实现数据的自动采集和传输，保证获取数据的稳定性和可靠性，传输数据速度快、用时短，以便提高全景摄像机的标定效率和精度。

如图2所示，为双目全景摄像机在标定过程中摆放位置的示意图。双鱼眼全景摄像机在数据采集和标定过程中还包括如图2所示的两个电子标定板(左电子标定板15和右电子标定板16)以及一个电子显示屏17。将双鱼眼全景摄像机18固定在摄像机固定孔中，放置于与左右电子标定板中垂线对齐的平行面上，通过装置底座的运动控制器和电机模块控制双鱼眼全景摄像机18自动升降和旋转运动，首先初始化刻度圆盘和圆盘旋转台的角度位置，利用运动控制器对双鱼眼全景摄像机18进行前后位置和高度的调整，将双鱼眼镜头的视场角范围调整到合适位置之后，通过模块间的通信协议设置参数，控制双鱼眼全景摄像机18在不同方向上的运动速率，保证双鱼眼全景摄像机18的两个鱼眼镜头光轴与左右标定板大致平行，并位于两个电子标定板之间进行平稳的扫描移动。利用步进电机用来驱动滚珠丝杆的运转，从而带动轴承在竖直方向上进行升降运动，并对装置进行编码控制，使刻度圆盘和圆盘旋转台在不同方向上自动旋转，实现标定物任意角度的定位，有效地防止图像获取过程中由于随机抖动而造成拍摄得到的图像出现模糊伪影的现象。

本实用新型结构设计简单合理，实时性好，操作快捷方便，可以实现三个方向上的自由运动，利用运动控制器和伺服电机控制全景摄像机自动旋转运动。相比传统的数据采集和标定方式，自动旋转标定装置能有效地防止拍摄过程中随机抖动造成视频图像模糊不清的现象，通过改变角度进行多方位拍摄，实现数据的自动采集和传输，保证获取数据的稳定性和可靠性，传输数据速度快、用时短，以便提高全景摄像机的标定效率和精度，实现数据批量处理的自动化管理。

以上包含了本实用新型优选实施例的说明，这是为了详细说明本实用新型的技术特征，并不是想要将实用新型内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本实用新型内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本实用新型内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (5)

1.一种全景摄像机数据采集和标定装置，其特征在于，包括全景摄像机、滚珠丝杆、滚珠丝杆螺母座、轴承、刻度圆盘、圆盘旋转台和步进电机，所述圆盘旋转台与1#步进电机的输出端连接，由1#步进电机驱动实现在水平面上进行360度旋转；所述圆盘旋转台上左右对称设置有两根滚珠丝杆，两滚珠丝杆相对于圆盘旋转台垂直设置，滚珠丝杆的底端设置在圆盘旋转台上且滚珠丝杆均与2#步进电机的输出端连接，2#步进电机作为滚珠丝杆旋转运动的驱动源，两滚珠丝杆上均设置有一滚珠丝杆螺母座，两滚珠丝杆的滚珠丝杆螺母座之间通过轴承联接，所述轴承中部固定有摄像机固定盘底座，摄像机固定盘底座上安装有刻度圆盘，刻度圆盘上带有用于固定安装全景摄像机的摄像机固定孔，两滚珠丝杆在2#步进电机驱动下旋转时，两滚珠丝杆上的滚珠丝杆螺母座能够同时沿着滚珠丝杆在竖直方向上上下移动，进而带动连接在两滚珠丝杆螺母座之间的轴承以及轴承上安装的全景摄像机实现对应的上下移动。

2.根据权利要求1所述的全景摄像机数据采集和标定装置，其特征在于，所述1#步进电机、2#步进电机构成电机模块，所述圆盘旋转台设置在底座上，底座内设置有电机模块、通信模块、运动控制器，所述底座外壳上设置有显示屏接口和电源线接口。

3.根据权利要求1或2所述的全景摄像机数据采集和标定装置，其特征在于，所述圆盘旋转台上刻有激光刻度标尺。

4.根据权利要求3所述的全景摄像机数据采集和标定装置，其特征在于，所述全景摄像机为双鱼眼全景摄像机。

5.根据权利要求3所述的全景摄像机数据采集和标定装置，其特征在于，所述滚珠丝杆的两侧均分别设置有一直线导杆。