CN209044687U - 一种共轴双相机图像关联标定装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种共轴双相机图像关联标定装置，包括：标定板，固定板和垂直位移机构；所述固定板与所述垂直位移机构连接；所述固定板包括四个机械块；所述标定板通过所述机械块压合固定于所述垂直位移机构上。使用时，调节一个相机对标定板对焦清晰并进行图像采集，再根据实际需求，通过垂直位移机构升降标定板至需要的高度处，使另一个相机对标定板对焦清晰并进行图像采集，最后采用特定软件利用标定板上的图案位置信息进行双相机的关联标定。采用本申请提供的标定装置，只要在位移垂直机构的行程范围内，可对任意高度差的两平面应用进行标定，满足多种标定需求。

Description

一种共轴双相机图像关联标定装置

技术领域

本申请涉及机器视觉技术领域，特别涉及一种共轴双相机图像关联标定装置。

背景技术

如图1所示的双相机成像系统，一般用于机器视觉行业。双相机可对有一定高度差的两平面分别对焦，系统可实现“大景深”。为进行工业零部件的自动化组装等操作，需要明确成像目标在图像中的位置，两相机视场和光学分辨率有微小差异，因此，需要进行双相机的关联标定，才能提供精准的目标位置信息给机械手臂等进行贴合组装操作。

在实际应用中，两相机可能在一定范围内，对不同高度差的两平面进行对焦。在对不同高度差的两平面进行对焦时，两相机的相对姿态(包含XYZ三个方向的位置及角度)不同，因此，系统的每一次调节都需要进行标定，而且在对任意高度差的两平面对焦的情况下都能进行标定。

一般的双相机标定方法：采用高度差固定的“标准块”，“标准块”如图2所示，两相机对“标准块”上下两个表面进行成像，然后进行图像关联标定。这种方法仅适用于高度差固定的情况，对于高度差不固定的应用，一种或几种“标准块”均无法满足标定需求。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种共轴双相机图像关联标定装置，以解决由于现有标准块高度差不固定导致多种标准块无法满足标定需求的问题。

根据本申请的实施例，提供了一种共轴双相机图像关联标定装置，包括：标定板，固定板和垂直位移机构；

所述固定板与所述垂直位移机构连接；

所述固定板包括四个机械块；

所述标定板通过所述机械块压合固定于所述垂直位移机构上。

在第一种可实现方式中，所述标定板为上表面印有棋盘格的标定板。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，所述标定板上表面的中心设有方向标识。

结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，所述方向标识为三个圆形标识。

结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，所述标定板为陶瓷标定板。

在第五种可实现方式中，所述垂直位移机构包括精密调整螺杆。

在第六种可实现方式中，所述垂直位移机构的底部设有底座，所述底座的四角设有螺孔。

在第七种可实现方式中，所述固定板和所述垂直位移机构通过螺栓连接。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种共轴双相机图像关联标定装置，包括：标定板，固定板和垂直位移机构；所述固定板与所述垂直位移机构连接；所述固定板包括四个机械块；所述标定板通过所述机械块压合固定于所述垂直位移机构上。使用本申请提供的标定装置时，调节一个相机对标定板对焦清晰并进行图像采集，再根据实际需求，通过垂直位移机构升降标定板至需要的高度处，使另一个相机对标定板对焦清晰并进行图像采集，最后采用特定软件利用标定板上的图案位置信息进行双相机的关联标定。采用本申请提供的共轴双相机图像关联标定装置，只要在位移垂直机构的行程范围内，可对任意高度差的两平面应用进行标定，满足多种标定需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为双相机成像系统结构示意图；

图2为“标准块”示意图；

图3为根据本申请一优选实施例示出的一种共轴双相机图像关联标定装置的结构示意图。

图4为根据本申请一优选实施例示出的一种标定板的结构示意图。

图示说明：

其中，1-标定板，11-方向标识，2-固定板，21-机械块，3-垂直位移机构，31-精密调整螺杆，32-底座，321-螺孔，4-螺栓。

具体实施方式

参阅图3，本申请的实施例提供了一种共轴双相机图像关联标定装置，包括：标定板1，固定板2和垂直位移机构3；

所述固定板2与所述垂直位移机构3连接；

所述固定板2包括四个机械块21；

所述标定板1通过所述机械块21压合固定于所述垂直位移机构3上。

需要说明的是，垂直位移机构3为高精度垂直位移机构。高精度垂直位移机构可沿Z方向进行升降调节，且升降过程中在X和Y方向位移＜1um。调节垂直位移机构3旋钮，标定板1随垂直位移机构3的升降机构一起可在一定范围内进行升降。

使用时，假设共轴双相机图像关联标定系统需要对两个不同高度的平面进行同时成像。先调节两相机对两个不同高度的平面至成像清晰，共轴双相机图像关联标定系统保持不动，开始进行标定，具体标定方法步骤如下：

调节标定装置放置高度，使标定板1的上表面在第一个平面位置处，以下相机对标定板成像清晰为准，保存图像；

调节垂直位移机构3旋钮，使标定板1的上表面降低至第二个平面位置处，以上相机对标定板成像清晰为准，保存图像；

软件利用特定算法分析两相机所存图像，可进行双相机的关联标定，最后给出两相机图像位置坐标关系，标定完成。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种共轴双相机图像关联标定装置，包括：标定板1，固定板2和垂直位移机构3；所述固定板2与所述垂直位移机构3连接；所述固定板2包括四个机械块21；所述标定板1通过所述机械块21压合固定于所述垂直位移机构3上。使用本申请提供的标定装置时，调节一个相机对标定板1对焦清晰并进行图像采集，再根据实际需求，通过垂直位移机构3升降标定板1至需要的高度处，使另一个相机对标定板1对焦清晰并进行图像采集，最后采用特定软件利用标定板1上的图案位置信息进行双相机的关联标定。采用本申请提供的共轴双相机图像关联标定装置，只要在位移垂直机构3的行程范围内，可对任意高度差的两平面应用进行标定，满足多种标定需求。

进一步地，所述标定板1为上表面印有棋盘格的标定板。棋盘格可进行成像分辨率的标定，机器视觉标定板选用棋盘格的好处是：格子尺寸固定，黑白清晰，方便计算，还可以进行畸变测试。

进一步地，参阅图4，所述标定板1上表面的中心设有方向标识11。方向标识11主要就是标记作用，单纯棋盘格不方便从两幅图像中选取同一位置的坐标，位于标定板1中心的方向标识11可用于辨别目标方向，方便坐标点选取和调节。

进一步地，参阅图4，所述方向标识11为三个圆形标识。三个圆形尽量位于视场中心，因为相机成像视场可大可小，位于中心可保证大小视场的情况下三个圆形均在视场范围内。比如从两个相机所得图像中，都选取黑圆所在棋盘格右下角的坐标点进行关联标定。如果没有这个圆来标记，单纯棋盘格不方便从两幅图像中选取同一位置的坐标。

进一步地，所述标定板1为陶瓷标定板。现有标定板材质多为玻璃(透明，透射式)材质，玻璃材质的需要配合背光源从下往上照明使用。现在的情况下面无法用背光源照明，选用陶瓷(不透明，反射式)材质标定板，从上往下照明拍摄成像

进一步地，所述垂直位移机构3包括精密调整螺杆31。精密调整螺杆的螺距为0.25mm。可选地，垂直位移机构3为西格玛光机株式会社TSD-803。垂直位移机构3利用杠杆原理在水平方向操作微分头进行垂直移动的Z轴平台。所有方向都十分稳定，调整精度好。

高精度垂直位移机构的关键技术特征是：位移精度高，升降过程中在X和Y方向位移＜1um。

此类机械升降机构升降过程中在X和Y方向均会产生位移，且位移程度不固定。此种位移的存在会导致目标在图像中的坐标位置产生偏移，软件在进行标定时，无法判定是由于相机姿态的不同导致坐标点的偏差还是由于升降台X和Y方向偏移产生的偏差，从而直接影响标定结果的准确性。因此，升降机构在升降过程中在XY方向的位移程度直接决定了能否利用此种方式进行标定。

根据“测量原理”，标定采用的标定装置精度需要满足所标定系统的精度要求，标定装置误差应小于机器视觉成像系统精度的1/5。

本申请选用的高精度的垂直位移机构3采用以下方法，测试升降过程中在X、Y方向的位移程度。

测试采用千分表和大理石标准块进行。千分表表针受压力变化会产生读数的变化，千分表精度1um。大理石标准块长宽高及四角角度标准。

将大理石标准块沿X方向置于垂直位移机构3的上表面，千分表表针置于大理石标准块侧边，上下调节垂直位移机构3的升降台，大理石标准块也随之上下移动，若垂直位移机构3的升降台在X方向产生位移，则位移量会显示在千分表表盘上。实验证明此过程中千分表读数无变化。将大理石标准块沿Y方向放置，按照相同的方法进行测试，千分表读数仍无变化。说明垂直位移机构3的升降台升降过程中在X和Y方向上位移均小于千分表的精度1um。

此标定方法所应用的机器视觉成像系统一般精度为5～10um，根据测量原理，标定模块产生的误差不影响系统精度，即可用于系统进行双相机标定。

进一步地，所述垂直位移机构3的底部设有底座32，所述底座32的四角设有螺孔321。底座32设置的目的是为整个垂直位移机构3提供一个平稳的状态，底座32的四角设有螺孔321便于将垂直位移机构3通过螺栓固定在某一装置或平台上，防止出现在标定过程中由于人为原因挪动垂直位移机构3而导致标定结果不准确的现象。

进一步地，所述固定板2和所述垂直位移机构3通过螺栓4连接。固定板2和垂直位移机构3的四角分别设有螺孔，通过将螺栓4旋入固定板2和垂直位移机构3的螺孔，起到将固定板2和垂直位移机构3固定的作用，进而将标定板1固定于垂直位移机构3上，防止标定板1移动，提高标定结果的准确性。另外，螺栓连接为可拆卸连接，便于标定板1的拆卸。

需要说明的是，在本文中，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。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种共轴双相机图像关联标定装置，包括：标定板1，固定板2和垂直位移机构3；所述固定板2与所述垂直位移机构3连接；所述固定板2包括四个机械块21；所述标定板1通过所述机械块21压合固定于所述垂直位移机构3上。使用本申请提供的标定装置时，调节一个相机对标定板1对焦清晰并进行图像采集，再根据实际需求，通过垂直位移机构3升降标定板1至需要的高度处，使另一个相机对标定板1对焦清晰并进行图像采集，最后采用特定软件利用标定板1上的图案位置信息进行双相机的关联标定。采用本申请提供的共轴双相机图像关联标定装置，只要在位移垂直机构3的行程范围内，可对任意高度差的两平面应用进行标定，满足多种标定需求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，包括：标定板(1)，固定板(2)和垂直位移机构(3)；

所述固定板(2)与所述垂直位移机构(3)连接；

所述固定板(2)包括四个机械块(21)；

所述标定板(1)通过所述机械块(21)压合固定于所述垂直位移机构(3)上。

2.根据权利要求1所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述标定板(1)为上表面印有棋盘格的标定板。

3.根据权利要求2所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述标定板(1)上表面的中心设有方向标识(11)。

4.根据权利要求3所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述方向标识(11)为三个圆形标识。

5.根据权利要求4所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述标定板(1)为陶瓷标定板。

6.根据权利要求1所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述垂直位移机构(3)包括精密调整螺杆(31)。

7.根据权利要求1所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述垂直位移机构(3)的底部设有底座(32)，所述底座(32)的四角设有螺孔(321)。

8.根据权利要求1所述的共轴双相机图像关联标定装置，其特征在于，所述固定板(2)和所述垂直位移机构(3)通过螺栓(4)连接。