CN209820422U - 基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置 - Google Patents

Abstract

基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置属于视觉测量用镜头标定板装置领域，其包括基座、转角调节箱和标定转盘，转角调节箱的下端与基座固连；标定转盘包括四象限棋盘格和圆盘，圆盘的后端中心设有连接轴座；四象限棋盘格为正方形板，其前端面按直角坐标系象限划分为均等的四个小正方形区域。利用本实用新型的镜头畸变标定转盘装置可以便捷地实现同一圆周平面内任意角度姿态下的标定数据连续获取和快速求解，并大幅提高运算效率和数据精度，在简化传统的标定板制作复杂程度的同时还能满足基于遗传迭代的大数据算法对获取海量连续数据的数量要求。

Description

基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置

技术领域

本实用新型属于视觉测量用镜头标定板装置领域，具体涉及一种基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置。

背景技术

视觉测量技术能很好地适应现代工业对工件外形尺寸检测所提出的新标准和要求，是一种兼备精度和效率的非接触式外形检测手段。

如图1所示的传统的标定板4(Calibration Target)被广泛应用于视觉测量成像系统的标定过程中，该棋盘格标定板是由尺寸和间距均完全一致的黑色方格阵列构成的国际象棋黑白方格棋盘图案，其黑色方格所形成的高精度坐标系阵列可用于相机的内部参数标定，以及用于确定线结构光激光器所投射出的光平面在空间中的位置方程。由于该传统的棋盘格标定板4上的方格黑白间隔且布局密度较高，其在含有激光光条影像的照片中成像效果不理想，棋盘格中不连续的白色空隙部分会形成明暗相间的光条，而且所述白色空隙区域较多的漫反射作用也会严重干扰所拍摄到的光条照片的成像质量，给后续步骤中的激光光条提取检测增加了难度，并显著降低了光条中心检测的精度，增大了误差，造成视觉测量成像系统的标定精度大幅降低。

另一方面，现有利用传统标定板4对激光光条的空间方程以及对镜头畸变的标定过程中，需要手持传统标定板4使其变换出不同的空间姿态，并对应拍摄每个标定板空间姿态下的姿态照片。但由人工手持标定板使其摆放出不同空间姿态的方法随机性较大，导致不同姿态下标定板平面的空间方程之间缺乏数学关联性，无形之中大幅提高了视觉测量照片标定时的数据运算量，致使方程运算占用较多求解时间，并增加了误差发生的几率。该人工方法还具有明显的随机性和效率性，其通过传统标定板4所获得的数据量不足以满足基于遗传迭代的大数据算法对海量连续数据的数量要求。

实用新型内容

为了解决现有棋盘格标定板上的方格黑白间隔且布局密度较高，其所接收的激光光条在棋盘格中不连续的白色空隙部分会形成明暗相间的光条，而且所述白色空隙区域较多的漫反射作用也会严重干扰所拍摄到的光条照片的成像质量，给后续步骤中的光条提取检测增加了难度，并显著降低光条中心检测的精度，造成视觉测量成像系统的标定精度大幅降低，以及由人工手持标定板使其摆放出不同空间姿态的方法随机性较大，导致不同姿态下标定板平面的空间方程之间缺乏数学关联性，进而造成视觉测量照片标定时的数据运算量大，求解效率低下，误差率提高，不适用于大量数据的连续采集和求解的技术问题，本实用新型提供一种基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下：

基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置，其包括基座、转角调节箱和标定转盘，转角调节箱的下端与基座固连；

所述标定转盘包括四象限棋盘格和圆盘，圆盘的后端中心设有连接轴座；四象限棋盘格为正方形板，其前端面按直角坐标系象限划分为均等的四个小正方形区域，其直角坐标系象限的原点恰位于标定转盘的正方形几何中心点O，其直角坐标系的x轴与标定转盘的正方形水平中线S1重合，直角坐标系的y轴与标定转盘的正方形竖直中线S2重合；位于第一象限的小正方形和位于第三象的小正方形均设为纯黑色方块区，位于第二象限的小正方形和位于第四象的小正方形均设为纯白色方块区；所述四象限棋盘格的几何中心点O在圆盘的轴线延长线上，且四象限棋盘格的后端面与圆盘的前端面固连；

所述转角调节箱的前端侧壁上设有齿轮轴通孔，转角调节箱的右端侧壁上设有蜗杆转轴通孔；转角调节箱的箱体内部设有一个蜗杆机构，其蜗杆的两端分别通过轴承固定支座与转角调节箱的左右侧壁转动连接，蜗杆机构中的齿轮及其转轴的两端也分别通过轴承固定支座与转角调节箱的左右侧壁转动连接；齿轮及其转轴的齿轮轴端部穿过齿轮轴通孔并与连接轴座同轴固连；蜗杆的一个端部穿过蜗杆转轴通孔并与设在右端侧壁外部的旋钮同轴固连；

所述旋钮的侧壁上设有转角读数指针，蜗杆转轴通孔的外端面上设有同轴布置的转角刻度码盘；转角读数指针与转角刻度码盘上的刻度线毗邻；

所述圆盘的直径大于四象限棋盘格的外接圆的直径。

所述转角刻度码盘的刻度精度为1度。

所述蜗杆机构中的齿轮与蜗杆啮合的转速比为2:1。

所述圆盘的RGB颜色值为R129、G129、B129的标准灰色。

本实用新型的有益效果是：该装置的标定转盘包括彼此层叠并具有显著色差的四象限棋盘格和圆盘，通过转角调节箱中的精密蜗杆机构使标定转盘得以按照精确的转角分度转慢旋转，从而为需要做镜头畸变标定摄像机提供可以在给定圆周内按已知角度精确变换的摄影标靶，圆盘与标定转盘不同部位之间的显著色差有利于亚像素提取方法精确分辨和求解四象限棋盘格图像的四个角点和边界方程以及圆盘的圆周边界方程，四象限棋盘格自身的横纵中线和坐标原点则用于快速判定四象限棋盘格固有坐标系的精确转动角度，通过圆盘的圆周方程求解出的圆心坐标可用于拟合和验算四象限棋盘格固有坐标系的原点坐标精度，亚像素提取解算出的圆周方程所表征出的各向异性参数则可用于快速获得镜头畸变矫因子。利用本实用新型的镜头畸变标定转盘装置可以便捷地实现同一圆周平面内任意角度姿态下的标定数据连续获取和快速求解，并大幅提高运算效率和数据精度，在简化传统的标定板制作复杂程度的同时还能满足基于遗传迭代的大数据算法对获取海量连续数据的数量要求。

此外，该装置还具有结构简单实用，操作方便，成本低廉，便于推广普及等优点。

附图说明

图1是旧有棋盘格标定板的结构示意图；

图2是本实用新型基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置的立体结构示意图；

图3是图1的爆炸装配结构示意图；

图4是本实用新型标定转盘的轴向侧视剖面结构示意图；

图5是本实用新型标定转盘的主视结构示意图；

图6是本实用新型转角调节箱内部结构的爆炸装配结构示意图；

图7是图3中I部分的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图2至图7所示，本实用新型的基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置包括基座1、转角调节箱2和标定转盘3，转角调节箱2的下端与基座1固连。

标定转盘3包括四象限棋盘格3-1和圆盘3-2，圆盘3-2的后端中心设有连接轴座3-2-1；四象限棋盘格3-1为正方形板，其前端面按直角坐标系象限划分为均等的四个小正方形区域，其直角坐标系象限的原点恰位于标定转盘3的正方形几何中心点O，其直角坐标系的x轴与标定转盘3的正方形水平中线S1重合，直角坐标系的y轴与标定转盘3的正方形竖直中线S2重合；位于第一象限的小正方形和位于第三象的小正方形均设为纯黑色方块区3-1-1，位于第二象限的小正方形和位于第四象的小正方形均设为纯白色方块区3-1-2；四象限棋盘格3-1的几何中心点O在圆盘3-2的轴线延长线上，且四象限棋盘格3-1的后端面与圆盘3-2的前端面固连。

转角调节箱2的前端侧壁2-4上设有齿轮轴通孔2-4-1，转角调节箱2的右端侧壁2-2上设有蜗杆转轴通孔2-2-1；转角调节箱2的箱体内部设有一个蜗杆机构2-1，其蜗杆2-1-1的两端分别通过轴承固定支座与转角调节箱2的左右侧壁转动连接，蜗杆机构2-1中的齿轮及其转轴2-1-2的两端也分别通过轴承固定支座与转角调节箱2的左右侧壁转动连接；齿轮及其转轴2-1-2的齿轮轴端部穿过齿轮轴通孔2-4-1并与连接轴座3-2-1同轴固连；蜗杆2-1-1的一个端部穿过蜗杆转轴通孔2-2-1并与设在右端侧壁2-2外部的旋钮2-3同轴固连。

旋钮2-3的侧壁上设有转角读数指针2-3-1，蜗杆转轴通孔2-2-1的外端面上设有同轴布置的转角刻度码盘2-2-2；转角读数指针2-3-1与转角刻度码盘2-2-2上的刻度线毗邻。

圆盘3-2的直径大于四象限棋盘格3-1的外接圆的直径。

转角刻度码盘2-2-2的刻度精度为1度，蜗杆机构2-1中的齿轮与蜗杆2-1-1啮合的转速比为2:1，从而使旋钮2-3及其转角读数指针2-3-1每转动2度时，标定转盘3可在蜗杆机构2-1的驱动下转动1度，进而保障标定转盘3的旋转精度。

圆盘3-2的RGB颜色值为R129、G129、B129的标准灰色，该标准灰色与纯黑色方块区3-1-1以及纯白色方块区3-1-2均形成机器视觉可识别强烈的色差；从而使得位于第一象限、第二象限、第三象限和第四象限的四小正方形其各自外端的对应角点a、角点b、角点c和角点d均能在视觉识别系统的亚像素检测中清晰可辨。

具体应用本实用新型的基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置时，四象限棋盘格3-1的总体边长尺寸设为200mm×200mm，圆盘3-2的直径为160mm，蜗杆机构2-1由厂家定制或由市场采购。

用该装置为镜头标定时，使摄像机的光轴与齿轮及其转轴2-1-2的转轴共线，然后缓慢地匀速转动旋钮2-3并使摄像机对标定转盘3的前端面进行连续录像，从而获取N幅所需的标定用照片。此后，利用视觉检测领域公知的亚像素边缘检测和角点提取算法，分布识别每张照片中角点a、角点b、角点c和角点d各自的空间位置坐标，从而分别求解当前照片中对应姿态下的四象限棋盘格3-1的四条外部边线的空间方程。

亚像素边缘检测算法还能同时提取并求解得到水平中线S1的左端点h和右端点f，以及竖直中线S2的上端点e和下端点g，从而快速定位出坐标系当前的旋转角度和空间姿态，

亚像素边缘检测算法还通过求解圆盘3-2在每张照片中的圆形边界从而解算出圆形的边界方程和圆心坐标，从而通过比较圆形边界圆周方程的圆度和各向异性参数，获得校准畸变的矫正算法因子。

Claims (4)

1.基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置，其特征在于：该装置包括基座(1)、转角调节箱(2)和标定转盘(3)，转角调节箱(2)的下端与基座(1)固连；

所述标定转盘(3)包括四象限棋盘格(3-1)和圆盘(3-2)，圆盘(3-2)的后端中心设有连接轴座(3-2-1)；四象限棋盘格(3-1)为正方形板，其前端面按直角坐标系象限均等划分为四个小正方形区域，其直角坐标系象限的原点恰位于标定转盘(3)的正方形几何中心点O，其直角坐标系的x轴与标定转盘(3)的正方形水平中线S1重合，直角坐标系的y轴与标定转盘(3)的正方形竖直中线S2重合；位于第一象限的小正方形和位于第三象的小正方形均设为纯黑色方块区(3-1-1)，位于第二象限的小正方形和位于第四象的小正方形均设为纯白色方块区(3-1-2)；所述四象限棋盘格(3-1)的几何中心点O在圆盘(3-2)的轴线延长线上，且四象限棋盘格(3-1)的后端面与圆盘(3-2)的前端面固连；

所述转角调节箱(2)的前端侧壁(2-4)上设有齿轮轴通孔(2-4-1)，转角调节箱(2)的右端侧壁(2-2)上设有蜗杆转轴通孔(2-2-1)；转角调节箱(2)的箱体内部设有一个蜗杆机构(2-1)，其蜗杆(2-1-1)的两端分别通过轴承固定支座与转角调节箱(2)的左右侧壁转动连接，蜗杆机构(2-1)中的齿轮及其转轴(2-1-2)的两端分别通过轴承固定支座与转角调节箱(2)的左右侧壁转动连接；齿轮及其转轴(2-1-2)的齿轮轴端部穿过齿轮轴通孔(2-4-1)并与连接轴座(3-2-1)同轴固连；蜗杆(2-1-1)的一个端部穿过蜗杆转轴通孔(2-2-1)并与设在右端侧壁(2-2)外部的旋钮(2-3)同轴固连；

所述旋钮(2-3)的侧壁上设有转角读数指针(2-3-1)，蜗杆转轴通孔(2-2-1)的外端面上设有同轴布置的转角刻度码盘(2-2-2)；转角读数指针(2-3-1)与转角刻度码盘(2-2-2)上的刻度线毗邻；

所述圆盘(3-2)的直径大于四象限棋盘格(3-1)的外接圆的直径。

2.如权利要求1所述的基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置，其特征在于：所述转角刻度码盘(2-2-2)的刻度精度为1度。

3.如权利要求2所述的基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置，其特征在于：所述蜗杆机构(2-1)中的齿轮与蜗杆(2-1-1)啮合的转速比为2:1。

4.如权利要求3所述的基于四象限分界线的镜头畸变标定转盘装置，其特征在于：所述圆盘(3-2)的RGB颜色值为R129、G129、B129的标准灰色。