CN207037748U - 一种基于多个球状标定件的标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多个球状标定件的标定装置，包括标定基板（1），所述标定基板（1）上设置有若干个标志结构（3），其特征在于：所述标定基板（1）的四角均分别设置有至少两个球状标定件（2），所述球状标定件（2）和所述标志结构（3）处于同一可视面。本实用新型将标定基板与至少八个球状标定件配合，能够基于一幅标定图像和一个标定装置完成相机标定，具有实用性强、标定速度快、精度高等特点，特别适用于存在径向畸变和/或切向畸变的情况下的相机标定，如针对手机、平板、可穿戴设备等智能终端。

Description

一种基于多个球状标定件的标定装置

技术领域

本实用新型涉及相机标定领域，尤其是涉及一种基于多个球状标定件的标定装置。

背景技术

相机标定是图像处理技术中非常重要的技术，在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定。

为实现快速完成相机标定工作，亟需一种能够基于一帧图像完成相机标定的方法和标定装置。如图1所示，图1描述了一种现有的标定装置，该标定装置包括标定支架7和设置在标定支架上的四个姿态不同的标定基板1，通过对四个标定基板1的图像进行分析处理，完成相机标定。虽然该种标定装置能够实现仅拍摄一次图像即可完成相机标定，但该标定装置存在标定精度不稳定、受标定装置间的相对姿态影响较大、由于采用多张标定基板造成整体占用体积大等问题。

比如，张正友提出了利用一个国际象棋棋盘状的标定装置来进行标定方法。该标定方法需要摄像头从不同角度对标定装置拍摄多张标定图像，拍摄图片的角度越多越好。这种方法可以实现对摄像头内部参数和外部参数的标定，其精确度随拍摄角度的增多和清晰度的加大而增大。但是，张正友标定法需要拍摄的标定图片太多，一次标定需要对多帧图像进行处理，这对于需要对大量摄像头标定或是希望仅做简洁快速标定的情况都不太适用。

另外，对于手机、平板、可穿戴设备等智能移动设备，其相机成像一般会同时出现径向畸变和切向畸变。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于多个球状标定件的标定装置，将标定基板与至少八个球状标定件配合，利用该标定装置进行相机标定时，能够实现基于一个标定基板、一帧采集图像完成相机标定工作，并能克服相机成像时出现的径向畸变和/或切向畸变的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提出了基于多个球状标定件的标定装置，包括标定基板，所述标定基板上设置有若干个标志结构，其特征在于：所述标定基板的四角均分别设置有至少两个球状标定件，所述球状标定件和所述标志结构处于同一可视面。

基于上述实施例，进一步的，若干个所述标志结构可以被排列形成具有固定距离的阵列结构。

基于上述任一实施例，进一步的，所述阵列结构的四角处，每个角的两侧均分别设置有至少一个球状标定件。

基于上述任一实施例，进一步的，所述标定基板的四角均分别设置有三个球状标定件，其中，所述阵列结构的四角处，每个角的两侧均分别设置有一个球状标定件，每个角的顶角处外侧设置有一个球状标定件。

基于上述任一实施例，进一步的，所述标志结构可以包括矩形状结构。

基于上述任一实施例，进一步的，所述标志结构还可以包括圆形状结构。

基于上述任一实施例，进一步的，所述球状标定件可以包括圆球。

基于上述任一实施例，进一步的，所述球状标定件还可以包括球缺。

基于上述任一实施例，进一步的，所述球状标定件可以通过粘接件被设置在所述标定基板的固定位置处。

基于上述任一实施例，进一步的，若干个所述标志结构可以为印刷制成的涂层。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型将标定基板与至少八个球状标定件配合，利用该标定装置进行相机标定时，能够实现基于一个标定装置、一帧采集图像完成相机标定工作。在工厂标定等应用中，并且能够适用于存在径向畸变和/或切向畸变的情况下，适于面向手机、平板、可穿戴设备等智能终端的相机标定，具有实用性强、标定速度快、精度高等特点，同时也降低了标定模板的占用空间。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明。

图1为现有的具有四个标定基板的标定装置（四板标定法使用的标定装置）。

图2为本实用新型中基于八个球状标定件的实施例的俯视图。

图3为本实用新型中基于十二个球状标定件的实施例的俯视图。

图4为对本实用新型中基于八个球状标定件的实施例进行图像采集所得到的标定图像。

图5为对标定图像中的椭圆的分析示意图之一。

图6为对标定图像中的椭圆的分析示意图之二。

图7为本实用新型的侧视图示例一。

图8为本实用新型的侧视图示例二。

图9为本实用新型的侧视图示例三。

图10为本实用新型的侧视图示例四。

图11为本实用新型的侧视图示例五。

图12为本实用新型的侧视图示例六。

图13为本实用新型的另一个实施例的俯视图。

图中，1-标定基板，2-球状标定件，201-椭圆，202-长轴线，3-标志结构，4-连接件，5-容纳槽，6-阵列结构，7-标定支架，8-粘接件，P-标定图像，O-主点。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本实用新型提出了一种标定装置，主要包括标定基板1和多个与所述标定基板1连接的球状标定件2，所述标定基板1上设置有若干个标志结构3，若干个所述标志结构3被排列形成具有固定距离的阵列结构6，所述球状标定件2和所述标志结构3处于同一可视面，为了避免相机成像时出现径向畸变或切向畸变，甚至两者畸变同时出现，减小这几种畸变情况对相机标定造成影响，所述阵列结构6的四角外侧均设置有至少两个球状标定件2，即包括至少八个球状标定件，至少八个所述球状标定件2在相机的成像中投影为椭圆状图像，且至少八个所述椭圆状图像的长轴线相交。

若将球状标定件设置在标定基板的边部外侧，特别是边部中间位置处，容易受畸变影响而导致标定精准度不高。优选的，可将所述球状标定件2设置在所述标定基板1的四角，每个角的两侧均设置有至少一个球状标定件2。

如图2所示的标定装置即包含八个球状标定件，该标定基板的每个角的两侧分别设置一个球状标定件。如图3所示的标定装置，其包含12个球状标定件，该标定基板的每个角分别设置有三个球状标定件，其中每个角的两侧分别设置有一个球状标定件，每个角的顶端外侧还设置有一个球状标定件。

本实用新型中所述同一可视面是指在球状标定件2和标志结构3能够同时被看到，均在相机的可视范围内，能够同时被相机采集成像，在进行相机标定时，若干个标志结构3和至少两个球状标定件2均能成像于一帧图像中。

例如，当若干个标志结构3分布在所述标定基板1的正面时，所述球状标定件2不能分布在所述标定基板1的背面，除非该标定装置是双面设置的，前后两面均同时设置有若干个标志结构3和至少八个球状标定件2。

再如，标志结构3不一定设置在所述标定基板1的表面，当所述标定基板1的表面为透明板时，所述标志结构3也可以设置在所述标定基板1的内部。透过透明板可以看到标志结构3，在进行相机标定时，若干个标志结构3和至少八个球状标定件2均能成像于一帧图像中。

本实用新型中所述球状标定件2和所述标志结构3处于同一可视面，要求球状标定件2不被所述标定基板1遮挡，所述球状标定件2可直接放置在所述标定基板1的表面；也可以通过连接件4被设置在所述标定基板1表面的固定位置处；还可通过标定基板1上的容纳槽5被设置在所述标定基板1表面的固定位置处；甚至，还可以通过其他连接架来固定球状标定件2，只要使得至少八个球状标定件2和若干所述标志结构3均在相机的可视范围内，并且球状标定件2和连接架最好不遮挡所述标志结构3。当然，为了使用方便便捷，还可以通过粘接的方式，将球状标定件2粘接在标定基板1的表面。

另外，多个球状标定件2中，每个球状标定件2的球心离所述标定基板1平面的垂直距离一般相同。当然，每个球状标定件2的球心离所述标定基板1平面的垂直距离也可以互不不同，只要在相机标定时，至少两个所述球状标定件2在相机的成像中投影为椭圆201，且其椭圆的长轴线202能够相交即可，也就是每两条长轴线202的夹角θϵ(0°,180°)。

本实用新型提出的该种标定装置结构主要应用于相机标定场景，可以实现基于一个标定装置和一帧采集图像的相机标定工作，其中，若干个标志结构3和至少八个球状标定件2同时作为标定目标。

例如，对如图2所示的标定装置进行相机标定时，待标定相机仅需对该一个标定装置进行一次图像采集，得到如图4所示的标定图像P，球状标定件2在相机的成像中投影为椭圆201，然后从该帧标定图像P中计算每个椭圆201的长轴线202，再计算每条长轴线202在该帧标定图像P中的交点坐标，利用该交点坐标即可得到相机主点O的坐标信息，即完成相机主点O的标定，如图5所示。最后利用相机成像与标定装置之间的单应性关系，以及从若干个标志结构3即阵列结构6的成像中提取的角点信息，完成相机的内外参数标定。

在理想情况下，采集得到的标定图像P可如图5所示，其中每个椭圆201的长轴线202的交点刚好与主点O重合。然而，一般情况下，球状标定件2的在标定基板1上的设置位置并没有严格要求，在进行相机标定时，得到的标定图像P可能如图6所示，每两个椭圆201的长轴线202均有一个交点，得到多个交点，并通过各个交点来确定主点O的坐标位置。

一般的，若干个所述标志结构3需要被排列形成具有固定距离的阵列结构6，另外所述标志结构3可以是印刷制成的涂层。如图2所示，该实施例描述了一种标定装置，其标志结构3为矩形状结构，每个矩形状结构以其自身的长度和宽度为固定距离，排列成一个棋盘格状的阵列结构。如图13所示，该实施例描述了一种标定装置，其标志结构3为圆形状结构，每个圆形状结构以其直径或其他长度为固定距离，排列成一个圆斑阵列结构。当然，所述的矩形状结构和圆形状的表面色彩需要与标定基板的表面色彩存在较明显的色差，标定基板的表面可以为浅色，相应的标志结构的表面可以为深色，或反之，最优选的是分别采用黑色和白色。另外，若干个所述标志结构3中，每个标志结构3可以不仅为一种，也可以包括两种或两种以上的标志，如既包含矩形状结构的标志，又包括圆形状结构的标志，还可以是不同尺寸的标志，可根据应对的标定方法、标定精度要求等实际情况而变化。

所述球状标定件2可以为圆球，即标准的圆球，也可以采用球缺，当采用球缺作为球状标定件2时，最好不采用高度小于球半径的球缺，因为高度小于球半径的球缺其在相机中的成像可能不是一个完整的封闭的椭圆，不利于计算椭圆的长轴线，不利于后续的标定处理。

如图7所示，图7描述的是采用圆球作为球状标定件时，该标定装置的侧视图的部分，球状标定件2与标定基板1点接触，球状标定件2可以通过重力压在标定基板1上，也可以通过磁性吸附在标定基板1上，还可以通过连接件4被设置在所述标定基板1的固定位置处。如图10所示，所述标定基板1上设置有连接件4，比如连接杆，球状标定件2的底部开设有与连接件4相匹配的孔，可以将球状标定件2插在连接件4上；也可以是在球状标定件2上设置连接件4，在标定基板1上开设与连接件4相匹配的孔，然后将球状标定件2插到标定基板1上的孔中；还可以是在球状标定件2和标定基板1上均开设有孔，然后通过连接件4对接。如图9所示，所述标定基板1上还可以开设容纳槽5，以使所述球状标定件2能够通过所述容纳槽5被设置在所述标定基板1的固定位置处，当然一般的，容纳槽5与球状标定件2需一一对应。如图8所示，球状标定件2上还可设置一粘接件8，直接通过粘接件8与标定基板1粘连固定。

如图11所示，该实施例描述了一种标定装置，采用四个球缺作为球状标定件，此实施例下，球状标定件2的底部与标定基板1面接触，结构稳定性更强，该球状标定件2也可以通过重力压在标定基板1上，或者通过磁性吸附在标定基板1上，或者通过连接件4被设置在所述标定基板1的固定位置处如图12所示。另外，球状标定件2的底部可以不是平面，可以有纹路结构或其他连接结构，相应的，标定基板上也有与纹路结构或其他连接结构相匹配的结构，以使球状标定件与标定基板能够通过该纹路结构或其他连接结构直接连接。

本实用新型所提出的标定装置并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合。本领域技术人员可以选择8个、12个……、甚至更多个球状标定件设置在标定基板上的四角及其他位置，只要与标志结构共面即处于同一可视面即可，另外，球状标定件最好不遮挡标志结构，可设置在若干标志结构形成的图案阵列结构6的周围。本实用新型选用任何颜色的球状标定件均可，可选用白色、黑色、高反光的球状标定件，利于在标定图像P中提取椭圆。在进行标定时，需要至少两个所述球状标定件2在相机的成像中投影呈椭圆，且两个椭圆的长轴线相交。本实用新型将一个标定基板与至少两个球状标定件配合，利用该标定装置进行相机标定时，能够实现基于一个标定装置、一帧采集图像完成相机标定工作。在工厂标定等应用中，具有实用性强、标定方法简单、标定速度快、精度高等特点，同时也降低了标定装置的占用空间。

Claims (10)

1.一种基于多个球状标定件的标定装置，包括标定基板（1），所述标定基板（1）上设置有若干个标志结构（3），其特征在于：所述标定基板（1）的四角均分别设置有至少两个球状标定件（2），所述球状标定件（2）和所述标志结构（3）处于同一可视面。

2.根据权利要求1所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：若干个所述标志结构（3）被排列形成具有固定距离的阵列结构（6）。

3.根据权利要求2所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述阵列结构（6）的四角处，每个角的两侧均分别设置有至少一个球状标定件（2）。

4.根据权利要求2所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述标定基板（1）的四角均分别设置有三个球状标定件（2），其中，所述阵列结构（6）的四角处，每个角的两侧均分别设置有一个球状标定件，每个角的顶角处外侧设置有一个球状标定件。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述标志结构（3）包括矩形状结构。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述标志结构（3）包括圆形状结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述球状标定件（2）包括圆球。

8.根据权利要求1所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述球状标定件（2）包括球缺。

9.根据权利要求1所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：所述球状标定件（2）通过粘接件（8）被设置在所述标定基板（1）的固定位置处。

10.根据权利要求1所述的一种基于多个球状标定件的标定装置，其特征在于：若干个所述标志结构（3）为印刷制成的涂层。