一种基于机器臂的相机快速标定方法技术

一种基于机器臂的相机快速标定方法，可解决传统相机标定方法参数求解运算复杂，使用不便的技术问题。包括S1、采取定值圆标定板，根据机器臂的应用场景要求确定相机的视距和视野区域，对所述定值圆标定板进行定位和拍照；S2、根据所拍照的定值圆标定板的图像，将所述定值圆标定板的图像像素与所述定值圆标定板的物理位置对应起来，建立机器臂的世界坐标系与像素坐标系的关系。本发明专利技术采取了定值圆标定板，直接将定值圆标定板的图像像素与标定板的物理位置对应起来，建立起精确标定关系。与已有技术相比，标定过程简单、易于操作，同时极大的降低了计算的复杂度，提高了标定的速度，对噪声更加鲁棒。

A fast camera calibration method based on robot arm

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器臂的相机快速标定方法
本专利技术涉及相机标定
，具体涉及一种基于机器臂的相机快速标定方法。
技术介绍
相机标定方法实际应用中主要可分为不使用标定参照物和使用标定参照物。不使用标定参照物主要就是利用相机在运动过程中感知周围环境的图像与图像之间的对应关系对摄像机进行标定，也就是自标定。如基于自动视觉的自标定技术，基于矩阵的自标定技术，基于图像线性关系的自标定技术等。使用标定参照物的方法就是通过观察标定参照物来恢复物体的度量结构，确定相机内参数，这种方法要求标定物的三维几何结构已知或可求。当前张正友法应用广泛，张正友法就是利用平面模板通过移动相机或模板获得3个及以上的模板图像，然后确定模板与图像上点的对应计算出图像和模板之间的单应性矩阵，进而求解相机内参数。这种方法需要确定模板上点阵的物理坐标以及图像和模板之间的点的匹配，特别是针对图像存在畸变的情况下，张正友法被广泛应用于计算机视觉方面。但是相对于目前近距离工业应用中，在图像畸变小的情况下，张正友法复杂的参数求解运算给使用者带来了极大的不便。
技术实现思路
本专利技术提出的一种基于机器臂的相机快速标定方法，可解决传统相机标定方法参数求解运算复杂，使用不便的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于机器臂的相机快速标定方法，包括：S1、采取定值圆标定板，根据机器臂的应用场景要求确定相机的视距和视野区域，对所述定值圆标定板进行定位和拍照；S2、根据所拍照的定值圆标定板的图像，将所述定值圆标定板的图像像素与所述定值圆标定板的物理位置对应起来，建立机器臂的世界坐标系与像素坐标系的关系。进一步的，所述步骤S2具体包括：S21、将所述定值圆标定板任意放置于实际应用场景要求的视野范围内，采用机器臂的示教器对所述定值圆标定板上的任意直线上三个圆的圆心对应的点进行世界坐标系定位，得到所述定值圆标定板上定位的三个点的世界坐标值；S22、综合对X轴定位纠偏、Y轴定位纠偏和XY轴垂直纠偏得到所述定值圆标定板上三个点的物理定位值；S23、通过相机取像后用图像算法求出三个点对应的图像像素坐标，从而建立图像像素与世界坐标系物理坐标对应表，完成相机的快速标定工作。进一步的，所述X轴定位纠偏或Y轴定位纠偏包括：S221a、调整机器臂到正常工作要求拍照位置；S221b、采用示教器对相机拍照区域中的定值圆标定板定位三个点A(X1，Y1)、B(X2，Y2)、C(X3，Y3)得到A、B、C三个点的世界坐标值；S221c、通过A、C点确定A、C所在直线方程，以Y＝K1X+b1表示，则K1＝(Y3-Y1)/(X3-X1)；S221d、通过B、C点确定B、C所在直线方程，以Y＝K2X+b2表示，则K2＝(Y3-Y2)/(X3-X2)；S221e、比较K1与K2值，根据精确度要求对ΔK＝|K1-K2|值大小设置一个合理的阈值，如果ΔK在阈值内就默认为合理，则可以通过A、B点计算出K值，以中间点C点为基准，计算A、B点X1和X2理论值X1′、X2′，如果ΔK不在阈值内则认为不合理，重新用机器臂示教器定位A、B、C三点的位置。进一步的，所述XY轴垂直纠偏包括：S223a、设|AB|长度为已知距离；S223b、ΔABD边平移至ΔA′B′D′且A′B′边与Y轴成α角度，|AB|＝|A′B′|，故cosα＝|Y2-Y1|/|AB|；S223c、理想状态下，AD边平移至A′D′，|AD＝|A′D′|，则|AD|＝|X1-X2|＝|AB|*sinα，同理，AD边平移至A″D″，|AD|＝|A″D″|，所以|A″D″|＝|X1-X2|＝|AB|*sinα；S223d、对XY轴垂直纠偏得到一个纠偏参考值：cosβ＝|A″D″|/|X1-X2|＝|AB|*sinα/|X1-X2|，β＝arccos(|AB|*sinα/|X1-X2|)。进一步的，所述步骤S221b中A、B、C三个点位于同一直线上，C为A和B的中点，且|AB|长度为已知距离。进一步的，所述步骤S22le中当K1或者K2值不存在的时候，则比较1/K1和1/K2。进一步的，所述步骤S223c中当XY轴存在不完全垂直的情况，即X轴与Y轴垂直的方向存在一个β角度，则实际中|X1-X2|＞|AB|*sinα，那么cosβ＝|A″D″|/|X1-X2|。进一步的，所述步骤S23中建立图像像素与世界坐标系物理坐标对应表，包括世界坐标系物理长度与像素长度的转换，具体如下：用规则的标定块进行计算；包括若是圆形、长方体产品，相机取像后用ＦindCircle算法求圆心、半径，用PairEdgeDistance算法求边对距离及边长，进而求出直径或边长的像素长度，再用卡尺测量实际的长度，计算可得出单位转换值即产品实际的长度除以产品像素长度；或者，已知相机本身的像素数，然后测量相机FOV的长度，用后者除以前者，得出单位转换值。由上述技术方案可知，本专利技术提出的一种基于机器臂的相机快速标定方法，主要是针对机器臂上相机进行的标定，特别适用于小面积视野的、图像畸变小的应用中。该方法的优势就是采取了定值圆标定板，在应用要求的视距和视野的区域中对定值圆标定板进行定位和拍照，直接将定值圆标定板的图像像素与标定板的物理位置对应起来，建立起一种简便、实用、快捷和精确标定关系。本专利技术着重于x轴、y轴的定位纠偏和X/Y轴的垂直纠偏，通过机器臂的世界坐标系直接建立与像素坐标系的关系，从而快速完成机器臂的相机快速标定。与已有技术相比，标定过程简单、易于操作，同时极大的降低了计算的复杂度，提高了标定的速度，对噪声更加鲁棒。附图说明图1是本专利技术实施例快速标定实现方法步骤图；图2是本专利技术实施例机器臂在世界坐标系的X轴定位纠偏；图3是本专利技术实施例的机器臂在世界坐标系的X轴定位纠偏；图4是专利技术实施例的机器臂在世界坐标系的XY轴垂直纠偏；图5是本专利技术实施例标定板示意图；图6是本专利技术实施例基于机器臂的相机示意图；图7是本专利技术实施例相机标定设置示意图；图8是本专利技术实施例相机标定中像素坐标与物理坐标对应示意图一；图9是本专利技术实施例相机标定中像素坐标与物理坐标对应示意图二；图10是本专利技术实施例相机标定中像素坐标与物理坐标对应示意图三。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本专利技术实施例的一种基于机器臂的相机快速标定方法，包括：S1、采取定值圆标定板，根据机器臂的应用场景要求确定相机的视距和视野区域，对所述定值圆标定板进行定位和拍照；S2、根据所拍照的定值圆标定板的图像，将所述定值圆标定板的图像像素与所述定值圆标定板的物理位置对应起来，建立机器臂的世界坐标系与像素坐标系的关系。所述步骤S2具体包括：S21、将所述定值圆标定板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器臂的相机快速标定方法，其特征在于：包括以下步骤，/nS1、采取定值圆标定板，根据机器臂的应用场景要求确定相机的视距和视野区域，对所述定值圆标定板进行定位和拍照；/nS2、根据所拍照的定值圆标定板的图像，将所述定值圆标定板的图像像素与所述定值圆标定板的物理位置对应起来，建立机器臂的世界坐标系与像素坐标系的关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机器臂的相机快速标定方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、采取定值圆标定板，根据机器臂的应用场景要求确定相机的视距和视野区域，对所述定值圆标定板进行定位和拍照；
S2、根据所拍照的定值圆标定板的图像，将所述定值圆标定板的图像像素与所述定值圆标定板的物理位置对应起来，建立机器臂的世界坐标系与像素坐标系的关系。


2.根据权利要求1所述的基于机器臂的相机快速标定方法，其特征在于：
所述步骤S2具体包括：
S21、将所述定值圆标定板任意放置于实际应用场景要求的视野范围内，采用机器臂的示教器对所述定值圆标定板上的任意直线上三个圆的圆心对应的点进行世界坐标系定位，得到所述定值圆标定板上定位的三个点的世界坐标值；
S22、综合对X轴定位纠偏、Y轴定位纠偏和XY轴垂直纠偏得到所述定值圆标定板上三个点的物理定位值；
S23、通过相机取像后用图像算法求出三个点对应的图像像素坐标，从而建立图像像素与世界坐标系物理坐标对应表，完成相机的快速标定工作。


3.根据权利要求2所述的基于机器臂的相机快速标定方法，其特征在于：所述X轴定位纠偏或Y轴定位纠偏包括：
S221a、调整机器臂到正常工作要求拍照位置；
S221b、采用示教器对相机拍照区域中的定值圆标定板定位三个点A(X1，Y1)、B(X2，Y2)、C(X3，Y3)得到A、B、C三个点的世界坐标值；
S221c、通过A、C点确定A、C所在直线方程，以Y＝K1X+b1表示，则K1＝(Y3-Y1)/(X3-X1)；
S221d、通过B、C点确定B、C所在直线方程，以Y＝K2X+b2表示，则K2＝(Y3-Y2)/(X3-X2)；
S221e、比较K1与K2值，根据精确度要求对ΔK＝|K1-K2|值大小设置一个合理的阈值，如果ΔK在阈值内就默认为合理，则可以通过A、B点计算出K值，以中间点C点为基准，计算A、B点X1和X2理论值X1′、X2′，如果ΔK不在阈值内则认为不合理，重新用机器臂示教器定位A、B、C三点的位置。


4.根据权利要求2所述的基于机器臂的相机快速标定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜，
申请(专利权)人：广东若铂智能机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44