CN212433821U - 一种相机参数标定设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种相机参数标定设备，应用于包括相机的自动移动设备，所述设备包括：标定模组，包括N个标定件，所述N个标定件两两不平行，N≥3；相机定位组件，包括定位板，设置在所述标定模组下方，用于放置所述自动移动设备，所述定位板与所述N个标定件满足特定位置关系。利用本申请各实施例，可以提高相机参数的标定效率和精度。

Description

一种相机参数标定设备

技术领域

本申请涉及计算机视觉技术领域，具体涉及一种相机参数标定设备。

背景技术

在计算机视觉领域，一般情况下为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像像素对应点之间的相互关系，需要构建相机成像模型，这些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，这个求解内参、外参以及畸变参数的过程就称之为相机标定。而随着计算机视觉技术的成熟，扫地机器人等自动移动设备也逐渐应用视觉技术进行定位，为了保证定位的准确性，需要对自动移动设备视觉模块的相机的内外参数进行准确的标定。

现有的相机标定方式中，通常需要多次从不同角度对棋盘格等标定件进行拍摄以获取多张图像，而后利用多张图像构建约束，分别对相机的内外参数进行求解，整个过程复杂且易受外界环境干扰，导致标定效率较低且精度较低。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种相机参数标定设备，以提高相机参数的标定效率和精度。

本申请实施例提供了一种相机参数标定设备，应用于包括相机的自动设备，设备包括：

标定模组，包括N个标定件，N个标定件两两不平行，N≥3；

相机定位组件，包括定位板，设置在标定模组下方，用于放置自动移动设备；

N个标定件中有一特定标定件位于定位板的正上方；

定位板与N个标定件满足以下位置关系：定位板与特定标定件的标定面平行。

可选地，定位板与N个标定件还满足以下位置关系：

N个标定件的标定面，均处于放置在定位板上的自动移动设备的相机的视野范围内。

可选地，设备还包括测距组件，设置在定位板上方特定位置，用于测定与自动移动设备的相机安装面各处的距离。

可选地，标定模组包括半封闭箱体，箱体的箱口朝向定位板，标定件安装在半封闭箱体的内部。

可选地，标定件为标定板，对应的，标定模组还包括：

第一标定板，水平安装在半封闭箱体的顶部，其标定面位于定位板的正上方且与定位板平行；

第二标定板、第三标定板、第四标定板，分别安装在半封闭箱体的侧面，且其标定面均倾斜朝向定位板。

可选地，定位板的上表面开设有定位槽，用于限制自动移动设备的移动。

可选地，相机定位组件还包括：第一横向刻度线和第一纵向刻度线，设置在定位板下方，并且第一横向刻度线和第一纵向刻度线互相垂直，第一横向刻度线和第一纵向刻度线的交点经过定位板的中心。

可选地，标定模组还包括：灯带，设置在半封闭箱体内，用于提供标定过程中的照明。

可选地，测距组件包括至少3个激光测距传感器，设置在定位板上方同一平面的不同位置，激光测距传感器的光束照射在相机安装面的不同位置，用于测量不同位置到同一平面的距离，以确定相机安装面是否与特定标定件的标定面平行，其中，同一平面与特定标定件的标定面平行。

利用本申请所提供的各种实施方式，所述标定模组可以设置3个以上的标定件，这样相机就可以一次拍摄多个标定件图像，而不需要多次拍摄。进一步的，利用所述定位板，可以放置自动移动设备，由于定位板与所述N个标定件满足特定位置关系，从而可以使放置在定位板上的自动移动设备的相机位于适合拍摄标定图像的特定位置，相机可以一次拍摄获取符合条件的多个标定件的图像，不仅可以有效提高标定效率，可以实现自动移动设备相机的批量标定，还可以保证标定图像采集质量的稳定性，进而保证标定结果的准确性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本申请的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本申请进行任何限制，在附图中：

图1示出了本申请中的相机参数标定设备去外壳结构图；

图2示出了本申请中的相机参数标定设备的外部示意图；

图3示出了本申请中的相机参数标定设备的底部结构图；

图4示出了本申请中的相机参数标定设备的去外壳侧视图；

图5示出了本申请中的相机参数标定设备的标定板连接结构图；

图6示出了本申请中的相机参数标定设备第四支撑板示意图；

图7示出了本申请中的相机参数标定设备；

图8示出了本申请中的相机参数标定设备的应用场景示意图。

附图标记：1-半封闭箱体；2-第一标定板；3-第二标定板；4-第三标定板 5-第四标定板；6-激光测距传感器；7-定位板；8-第一横向刻度线；9-第一纵向刻度线；10-第一支撑板；11-第一支架；12-第二支撑板；13-第二支架；14- 第三支撑板；15-第一支撑块；16-第二支撑块；17-可旋转连接件；18-销轴； 19-第一卡槽板；20-第四支撑板；21-支撑柱；22-第二卡槽板；23-第二横向刻度线；24-第二纵向刻度线；25-灯带。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/“，表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本公开实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。本公开实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本公开实施例中对个数的特别限定，不能构成对本公开实施例的任何限制。

图1是本公开一种实施例提供的一种相机参数标定设备的结构示意图。所述设备可以应用于自动移动设备的相机的参数标定，所述自动移动设备可以是扫地机器人、扫拖机器人、自动割草机、扫雪机等任意可以自动移动的电子设备或智能设备。具体的，如图1所示，所述标定设备可以包括：

标定模组101，包括N个标定件，所述N个标定件两两不平行，N≥3。

相机定位组件102，包括定位板7，设置在所述标定模组101下方，用于放置所述自动移动设备，所述定位板7与所述N个标定件满足特定位置关系。

其中，所述标定件可以是任意类型具有标定面的标定件，比如，如图1、图4、图8所示，标定件可以是具有棋盘格的标定板2、3、4、5。而在本申请其他一些实施例中，标定件也可以是其他形状的标定件，如块状、片状等，标定件的标定面可以是棋盘格，也可以是其他形式的具有有序排列的视觉特征点的标定面。

其中，标定件的个数N可以是任意大于或等于3的数值，比如可以是4 个、5个等。一般的，标定件的个数越多，相机参数的标定精度越高，因此，在具体实施过程中，实施人员可以根据实际条件或实际标定精度需求确定所述标定件的个数，本申请对此不作限定。

如图1、图4、图8所示，本申请一种实施例中，标定模组101可以包括 4个标定板，即N＝4。本例中，所述N个标定件中有一特定标定件2位于所述定位板7的正上方，对应的，所述定位板7与所述N个标定件满足特定位置关系可以包括：所述定位板7与所述特定标定件2的标定面平行。

进一步的，本例中，所述定位板与所述N个标定件满足特定位置关系包括：

所述N个标定件的标定面，均处于放置在所述定位板7上的自动移动设备的相机的视野范围内。比如如图8所示，在自动移动设备放置在定位板7 上的状态下，标定板2、3、4、5均处于其相机的视野范围内，即相机的可拍摄范围可以涵盖上述各标定板，从而只要在定位板7上，相机就可以一次拍摄得到N个标定板的图像。

由于所述特定标定件是用于外参的标定，需要保证相机正面朝向其标定面，从而保证标定面各特征点到相机光心的距离准确，对于自动移动设备，就需要保证相机安装面与特定标定件，一方面可以利用与特定标定件平行的定位板，初步保证相机安装面与特定标定件的标定面平行。另一方面，还需要采取相应的检测手段，确定相机安装面是否确实平行于所述特定标定件的标定面。

本申请另一种实施例中，所述设备还可以包括测距组件，设置在所述定位板7上方特定位置，用于测定与所述自动移动设备的相机安装面各处的距离。

通过测定相机安装面各点到测距组件的距离，可以检测相机安装面是否平行于标定板2，以及平行于定位板7，比如检测安装面上三个点的距离，三点可以确定一个平面，就可以确定相机安装面是否与标定板2平行。本申请一种实施例中，如图8所示，所述测距组件可以包括四个激光测距传感器A、 B、C、D，本例中，激光测距传感器A和B可以设置在第三标定板4的下端两个角点处，激光测距传感器C和D可以设置在第二标定板3的下端两个角点处。进一步的，激光测距传感器A、B、C、D位于同一平面，且A、B、C、 D所在的同一平面与顶部的第一标定板2平行，这样，通过上述四个激光测距传感器可以分别检测其到扫地机器人上表面(即相机安装面)四个不同点的距离，根据四个激光测距传感器A、B、C、D测得的距离，就可以判断出相机安装面是否倾斜，即是否与定位板和第一标定板2平行，如果不平行，就可以通过传感器配置的报警器生成提示信息，如指示灯光信息或者声音指示信息等，以指示实施人员调整扫地机器人的放置位姿，使其相机安装面平行于第一标定板2。当然，在本申请其他实施例中，激光测距传感器也可以设置在其他位置，激光测距传感器的数量只要大于等于3即可，本申请对此不作限定。

如图2所示，标定模组包括半封闭箱体1，箱体1的箱口朝向定位板7，标定件101安装在半封闭箱体1的内部，半封闭箱体预留自动移动设备放置与取出的窗口，同时给标定模组创造一个昏暗的环境，结合设置在半封闭箱体内灯带25，提供了标定过程中的照明。

如图1和图4所示，标定件为标定板，对应的，标定模组还包括：第一标定板2，水平安装在半封闭箱体1的顶部，其标定面位于定位板7的正上方且与定位板7平行；第二标定板3、第三标定板4、第四标定板5，分别安装在半封闭箱体1的侧面，且其标定面均倾斜朝向定位板7。

如图3所示，定位板7的上表面开设有定位槽，用于限制自动移动设备的移动，确保在标定过程中，自动移动设备的位置保持不变。

如图相机定位组件还包括：第一横向刻度线8和第一纵向刻度线9，设置在定位板下方，并且第一横向刻度线8和第一纵向刻度线9互相垂直，第一横向刻度线8和第一纵向刻度线9的交点经过定位板7的中心。

测距组件包括至少3个激光测距传感器，设置在定位板上方同一平面的不同位置，激光器的光束照射在相机安装面的不同位置，用于测量不同位置到同一平面的距离，以确定相机安装面是否与特定标定件的标定面平行，其中，同一平面与特定标定件的标定面平行。

在本实施例中，如图1-8所示，标定模组包括半封闭箱体1，第一标定板 2，第二标定板3，第三标定板4，第四标定板5，至少四个激光测距传感器6 和标定模块，其中：半封闭箱体1的较宽的一个侧面底部设有开口；第一标定板2水平固定在半封闭箱体1的顶部；第二标定板3和第三标定板4分别固定在半封闭箱体1设有开口侧面的相邻两侧；第四标定板5固定在半封闭箱体1设有开口侧面的相对一侧；至少四个激光测距传感器6分别设置在第一标定板2、第二标定板3、第三标定板4和第四标定板5的底端顶点处；标定模块，与至少四个激光测距传感器6通过通信连接；其中，第一标定板2、第二标定板3、第三标定板4和第四标定板5所在平面两两相交，并且互不平行。

标定模块设置在待标定相机所在的机器上，通过无线网络或蓝牙与至少四个激光测距传感器连接。标定模块在待标定相机的图像进行处理计算，结合从激光测距传感器接收到的各标定板到待标定相机光心的距离信息，对相机内外参进行标定。标定模块还受外部蓝牙信号控制，开启标定线程。外部蓝牙信号可通过蓝牙开关产生，发送给标定模块。

如图3所示，标定模组还包括固定在半封闭箱体1设有开口一侧的底板上方的定位槽7，定位槽7的形状与机器底部的轮廓一致。第一横向刻度线8 和第二纵向刻度线9，设置在定位槽1下方，并且第一横向刻度线8和第二纵向刻度线9互相垂直，第一横向刻度线8和第二纵向刻度线9的交点经过定位槽7的中心。

如图4所示，标定模组还包括第一支撑板10，通过第一支架11水平固定在半封闭箱体1中；第二支撑板12，通过第二支架13水平固定在半封闭箱体1中，第一支撑板10与第二支撑板12位于同一高度，并且第一支撑板 10与第二支撑板12平行于半封闭箱体1一个侧边；第三支撑板14，通过第一支撑块15和第二支撑块16固定在第一支撑板10和第二支撑板12的边缘一侧；第二标定板3、第三标定板4和第四标定板5分别倾斜固定在第一支撑板10、第二支撑板12和第三支撑板14上。第三支撑板14通过螺钉和第一支撑块15和第二支撑块16固定在第一支撑板10和第二支撑板12的边缘一侧。支撑板上设有卡槽，标定板能直接通过卡槽固定在支撑板上。

如图5所示，标定模组还包括：第一垂直连接件15，通过至少两个螺钉平行固定在第一支撑板10的下方；第二垂直连接件16，通过至少两个螺钉水平固定在第一垂直连接件15远离半封闭箱体1内壁一侧；可旋转连接件 17，通过销轴18与第二垂直连接件16连接；第一卡槽板19，其背面与可旋转连接件17固定，用于放置第二标定板3。其中，第一卡槽板19背面粘贴T 字型连接件，与第二垂直连接件16连接。销轴18可以在可旋转连接件17的滑轨中滑动，从而改变第二标定板3的倾斜角度。在具体实施例中，其余两块标定板也通过上述结构固定在相应的支撑板上。

如图1和图6所示，标定模组还包括：第四支撑板20，通过四个支撑柱 21固定在第一支撑板10和第二支撑板12的上方，并且第四支撑板20高于第三支撑板；第二卡槽板22，其背面与第四支撑板20通过紧固件连接，第二卡槽板22位于第四支撑板20下方，用于放置第一标定板2。第四支撑板 20面向第二卡槽板22一侧设置有第二横向刻度线23和第二纵向刻度线24；第二横向刻度线23和第二纵向刻度线24的交点经过第四支撑板20的中心。如图6和图7所示，第二横向刻度线23和第二纵向刻度线24超出第一标定板在第四支撑板竖直方向上的投影，便于工作人员安装。

如图1所示，标定模组还包括设置在半封闭箱体1底部相邻开口任一侧或相对开口一侧的灯带25，通过设置灯带，在标定过程中对图像进行补光，提高标定图像的合格率。

通过设置在定位板对角线上以及标定板上的多个激光测距传感器，检测顶部设置有相机的自动清洁设备是否水平的放置在定位板上，确保其位置正确；同时激光测距传感器获取能够确保相机光心到顶视棋盘格的每个角点的距离，为后续内外参标定高精度的前提条件。

虽然结合附图描述了本申请的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本申请的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种相机参数标定设备，其特征在于，应用于包括相机的自动移动设备，所述设备包括：

标定模组，包括N个标定件，所述N个标定件两两不平行，N≥3；

相机定位组件，包括定位板，设置在所述标定模组下方，用于放置所述自动移动设备；

所述N个标定件中有一特定标定件位于所述定位板的正上方；

所述定位板与所述N个标定件满足以下位置关系：所述定位板与所述特定标定件的标定面平行。

2.根据权利要求1所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述定位板与所述N个标定件还满足以下位置关系：

所述N个标定件的标定面，均处于放置在所述定位板上的自动移动设备的相机的视野范围内。

3.根据权利要求1所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述设备还包括测距组件，设置在所述定位板上方特定位置，用于测定与所述自动移动设备的相机安装面各处的距离。

4.根据权利要求1所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述标定模组包括半封闭箱体，所述箱体的箱口朝向所述定位板，所述标定件安装在所述半封闭箱体的内部。

5.根据权利要求4所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述标定件为标定板，对应的，所述标定模组还包括：

第一标定板，水平安装在所述半封闭箱体的顶部，其标定面位于所述定位板的正上方且与所述定位板平行；

第二标定板、第三标定板、第四标定板，分别安装在所述半封闭箱体的侧面，且其标定面均倾斜朝向所述定位板。

6.根据权利要求1所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述定位板的上表面开设有定位槽，用于限制所述自动移动设备的移动。

7.根据权利要求6所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述相机定位组件还包括：第一横向刻度线和第一纵向刻度线，设置在所述定位板下方，并且所述第一横向刻度线和所述第一纵向刻度线互相垂直，所述第一横向刻度线和第一所述纵向刻度线的交点经过所述定位板的中心。

8.根据权利要求4所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述标定模组还包括：灯带，设置在所述半封闭箱体内，用于提供标定过程中的照明。

9.根据权利要求3所述的相机参数标定设备，其特征在于，所述测距组件包括至少3个激光测距传感器，设置在所述定位板上方同一平面的不同位置，所述激光测距传感器的光束照射在所述相机安装面的不同位置，用于测量所述不同位置到所述同一平面的距离，以确定所述相机安装面是否与所述特定标定件的标定面平行，其中，所述同一平面与所述特定标定件的标定面平行。

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