【技术实现步骤摘要】
本申请涉及传感器参数标定的，尤其涉及基于鱼眼相机和线激光器的联合标定方法及标定装置。
技术介绍
1、结构光视觉系统为线激光器和相机结合的测量系统，在使用前需要标定线激光面，计算出平面系数以表达激光面的空间结构，进而由相机获取图像，通过成像原理和线激光面来进行三维测量。棋盘格角点作为一种特殊的角点在相机标定中具有广泛的应用。棋盘格图案由于对比度明显，特征简单，易于检测识别所以被广泛地应用于相机标定。但是在目前的结构光视觉系统中，相机不能保证将棋盘格图像完全覆盖满整个相机的视场角，也不容易用棋盘格提取边缘区域的特征点，在对鱼眼相机的内参进行标定的情况下，为了标定结果的可靠性，往往需要调整同一个棋盘格依次位于相机的不同角度来进行采集，常选用的图片数量过多且坐标矩阵转换过于复杂，导致标定效率低下，不适用推进结构光视觉系统的生产制造进程。
技术实现思路
1、本申请公开基于鱼眼相机和线激光器联合标定的方法及标定装置，具体的技术方案如下：
2、基于鱼眼相机和线激光器联合标定的方法，包括：步骤1、控制标靶组件相对于线激光模组滑动多个距离；控制线激光器向标靶组件发射线激光，在对应角度上的标靶的表面投射形成光条；并控制鱼眼相机依次拍摄各个滑动位置处的标靶组件中至少一个角度上设置的标靶或其表面投射出的光条，获得待标定图像；其中，线激光模组包括线激光器和鱼眼相机，线激光器和鱼眼相机之间的相对位置是固定；步骤2、将不同滑动位置的待标定图像的像素数据输入相机标定模型中，输出鱼眼相机的参数；步骤3、
3、综上，本技术方案在线激光器向标靶组件发射线激光和控制鱼眼相机拍摄各个滑动位置处各个角度上设置的标靶或其表面投射出的光条的图像的情况下，通过控制标靶组件相对于线激光模组滑动多个距离，结合相机标定模型输出的内外参进行光条中心的坐标系换算，完成对线激光器和鱼眼相机的联合标定，无需人工移动标靶，在同一位置处可以一次性拍到标靶组件中设置的多个不同角度上的标靶的图像，相比于传统单棋盘格联合标定方法，在保证鱼眼相机内参的标定结果可靠性的情况下，提高线激光器和鱼眼相机的联合标定的效率。当自动从不同滑动位置的待标定图像中提取出光条中心像素坐标并转换为激光点三维坐标后，即可确定完成对激光点的标定操作，形成鱼眼相机拍摄视角下更加高效的线激光参数标定方式，在保证标定精度的情况下提高线激光器和鱼眼相机的联合标定的效率。
4、进一步地，所述标靶组件包括多个标定板，任意两个标定板成夹角设置；每个标定板的法向量均不同；一个标定板的表面设置一个标靶，以使任意两个标靶也成夹角设置；其中，标靶组件滑动至距离线激光模组越近，鱼眼相机拍摄到的一帧待标定图像中，所包括的标靶的数量越少；其中，标靶组件滑动至距离线激光模组越远，鱼眼相机拍摄到的一帧待标定图像中，所包括的标靶的数量越多。考虑鱼眼相机对焦时的清晰程度，尽量达到对各个角度设置的标定板的全视角均衡效果。
5、进一步地，在步骤2中，进行鱼眼相机标定之前，还包括：每当标靶组件滑动到一个滑动位置时，在鱼眼相机实时拍摄的一帧待标定图像中，在完整的标靶内搜索角点；在同一帧待标定图像，按照所拍摄的完整的标靶对搜索出的角点进行分组，一组角点对应于一个完整的标靶；再针对每组角点所在的完整的标靶进行编号，以使同一帧待标定图像内不同角度设置的标靶对应的编号不同；标靶组件滑动到不同滑动位置处，鱼眼相机拍摄的不同帧待标定图像中的各个完整的标靶的编号互不相同。综上，在对鱼眼相机的内参进行标定之前，实现对多标靶进行角点识别以及标靶的编号排序。因为标靶组件中各个标定板或各个标靶是有特定分布，编号之后便于步骤3进行坐标系换算过程中，能够有序快速地匹配好光条与其所在的标定板之间的位置关系。
6、进一步地，在同一帧待标定图像内，若从其中一个标靶中搜索出的角点的数量是等于预设数量阈值，则将所述其中一个标靶设置为一个完整的标靶；一个完整的标靶是黑白相间的方形区域；黑白相间的方形区域是由黑色的单元格和白色的单元格组成在一个标定板的表面内。
7、进一步地，在同一完整的标靶中，以角点为搜索起点向外扩展形成多边形区域，以使多边形区域覆盖光条的部分光斑区域或全部光斑区域，其中，多边形区域包括黑白相间的方形区域内所有单元格和标靶外部的白色区域；再将多边形区域设置为roi区域。实现利用角点在标靶的周边框定一个像素区域。提高标定的稳定性和减少计算量。
8、进一步地，所述相机标定模型是全视角相机模型标定矫正模型、或者鱼眼镜头畸变校正模型，用于计算鱼眼相机的参数，包括鱼眼相机的内参和各个标靶到鱼眼相机的外参。
9、进一步地，在步骤1中，每当标靶组件相对于线激光模组直线滑动至一个滑动位置处，保持标靶组件和线激光模组之间的相对位置不变、且线激光器和鱼眼相机均固定装配的情况下，存在：先控制线激光器向标靶组件发射线激光，并控制鱼眼相机拍摄到至少一个完整的标靶，得到一个滑动位置对应的一帧激光条纹图像，一帧激光条纹图像是一帧包括光条的待标定图像；然后控制线激光器停止发射线激光，并打开红外补光灯以给所述标靶组件补光，并控制鱼眼相机拍摄到所述至少一个完整的标靶，得到同一个滑动位置对应的一帧标靶图像，以使步骤2从标靶图像中搜索出角点并扩展出所述roi区域，再将所述roi区域框定到激光条纹图像的相同像素区域中，相同像素区域在激光条纹图像中的位置关系是所述roi区域在标靶图像中的位置关系；其中，一帧标靶图像是一帧不包括光条的待标定图像；光条中心像素坐标是来源于线激光器发射的线激光与标靶的交线在鱼眼相机的像素平面内的投影位置，且位于激光条纹图像中；线激光器发射的线激光与标靶的交线是所述光条。
10、综上，标靶组件每移动一段距离都要采集两种图片，分别是一帧激光条纹图像和一帧标靶图像；拍摄一帧标靶图像时打开红外补光灯，不开线激光器，故只能从标靶图像当中识别出标靶，可通过所述相机标定模型进行鱼眼相机的内参标定。拍摄一帧激光条纹图像时不打开红外补光灯，但是要打开线激光器，其中，从激光条纹图像当中只能识别出光条，识别不出标靶，然后结合从标靶图像当中识别出的标靶，可用于线激光器和鱼眼相机的联合标定，从而利用到鱼眼相机的内参标定中的中间数据，加速了标定的过程。
11、进一步地，在步骤2中，每个滑动位置处的标靶组件到鱼眼相机的外参是由待标定图像的像素数据输入所述相机标定模型后获得的结果，每个滑动位置处的标靶组件到鱼眼相机的外参包括每个滑动位置处的各个角度设置的标靶中的单元格的外参；其中，待标定图像的像素数据包括但不限于已编号的标靶中角点的像素坐标。所述相机标定模型实现将编号之后的角点及标靶中单元格位置信息换算为鱼眼相机的内参和外参，以求取到标靶上的真正的空间尺度。
12、进一步地，所述步骤3具体包括：分别从不同滑动位置的待标定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于鱼眼相机和线激光器联合标定的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述标靶组件包括多个标定板，任意两个标定板成夹角设置；每个标定板的法向量均不同；一个标定板的表面设置一个标靶，以使任意两个标靶也成夹角设置；
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在步骤2中，进行鱼眼相机标定之前，还包括：
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，在同一帧待标定图像内，若从其中一个标靶中搜索出的角点的数量是等于预设数量阈值，则将所述其中一个标靶设置为一个完整的标靶；
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，在同一完整的标靶中，以角点为搜索起点向外扩展形成多边形区域，以使多边形区域覆盖光条的部分光斑区域或全部光斑区域，其中，多边形区域包括黑白相间的方形区域内所有单元格和标靶外部的白色区域；
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述相机标定模型是全视角相机模型标定矫正模型、或者鱼眼镜头畸变校正模型，用于计算鱼眼相机的参数，包括鱼眼相机的内参和各个标靶到鱼眼相机的外参。
7.根据权利要求6所述
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在步骤2中，每个滑动位置处的标靶组件到鱼眼相机的外参是由待标定图像的像素数据输入所述相机标定模型后获得的结果，每个滑动位置处的标靶组件到鱼眼相机的外参包括每个滑动位置处的各个角度设置的标靶中的单元格的外参；
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，ROI区域内提取出的光条中心像素坐标在标靶内存在投影关系的角点坐标是所述光点坐标利用所述相机标定模型产生的与当前提取出的光条中心像素坐标存在投影关系的角点的旋转矩阵R和位移向量T,将角点坐标转换为相机坐标系下的激光点三维坐标，对应的转换公式为其中，旋转矩阵R和位移向量T均属于鱼眼相机的外参，与当前提取出的光条中心像素坐标存在投影关系的角点位于对应编号的标靶表面。
11.根据权利要求10所述方法，其特征在于，所述步骤3分别从不同位置的待标定图像中的ROI区域内提取出光条中心像素坐标，并将光条中心像素坐标设置为鱼眼相机的像素坐标系下的二维像素坐标(u,v)后，依据所述相机标定模型，将光条中心像素坐标转换为无畸变三维坐标其中，λ是缩放系数；a0、a2、a3和a4均是鱼眼相机的畸变系数，均是所述相机标定模型描述的多项式系数；
12.一种标定装置，其特征在于，标定装置包括标定驱动组件、标靶组件、轨道、固定承载台、线激光模组、以及用于执行权利要求1至11任一项所述方法的参数标定单元；其中，标靶组件包括成夹角设置的多个标靶，线激光模组包括线激光器和鱼眼相机；固定承载台固定装配线激光器和鱼眼相机；固定承载台固定设置在轨道的一端，标靶组件可滑动地设置在轨道的另一端。
13.根据权利要求12所述标定装置，其特征在于，所述标靶组件中存在五个标定板；法向量与轨道相平行的标定板设置为基准标定板；其余四个标定板中，存在一个标定板位于基准标定板的上方且基准标定板成预测观察角度设置，同时存在一个标定板位于基准标定板的下方且与基准标定板成预测观察角度设置，同时存在一个标定板位于基准标定板的左方且与基准标定板成预测观察角度设置，同时存在一个标定板位于基准标定板的右方且与基准标定板成预测观察角度设置，以使标靶组件沿着轨道滑动的过程中，鱼眼相机拍摄到标靶组件中至少一个完整的标靶及其外围设置的白色区域。
14.根据权利要求13所述标定装置，其特征在于，固定承载台上还固定装配红外补光灯；
15.根据权利要求14所述标定装置，其特征在于，轨道沿着竖直方向设置，固定承载台放置在水平面且固定设置在轨道的下端，线激光器的发射方向和鱼眼相机的拍摄视角均相对于固定承载台朝上设置；
...【技术特征摘要】
1.基于鱼眼相机和线激光器联合标定的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述标靶组件包括多个标定板，任意两个标定板成夹角设置；每个标定板的法向量均不同；一个标定板的表面设置一个标靶，以使任意两个标靶也成夹角设置；
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，在步骤2中，进行鱼眼相机标定之前，还包括：
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，在同一帧待标定图像内，若从其中一个标靶中搜索出的角点的数量是等于预设数量阈值，则将所述其中一个标靶设置为一个完整的标靶；
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，在同一完整的标靶中，以角点为搜索起点向外扩展形成多边形区域，以使多边形区域覆盖光条的部分光斑区域或全部光斑区域，其中，多边形区域包括黑白相间的方形区域内所有单元格和标靶外部的白色区域；
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述相机标定模型是全视角相机模型标定矫正模型、或者鱼眼镜头畸变校正模型，用于计算鱼眼相机的参数，包括鱼眼相机的内参和各个标靶到鱼眼相机的外参。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，在步骤1中，每当标靶组件相对于线激光模组直线滑动至一个滑动位置处，保持标靶组件和线激光模组之间的相对位置不变、且线激光器和鱼眼相机均固定装配的情况下，存在：
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在步骤2中，每个滑动位置处的标靶组件到鱼眼相机的外参是由待标定图像的像素数据输入所述相机标定模型后获得的结果，每个滑动位置处的标靶组件到鱼眼相机的外参包括每个滑动位置处的各个角度设置的标靶中的单元格的外参；
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，roi区域内提取出的光条中心像素坐标在标靶内存在投影关系的角点坐标是所述光点坐标利用所述相机标定模型产生的与当前提取出的光条中心像素坐标存在投影关系的角点的旋转矩阵r和位移向量t,...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐依绵，戴剑锋，肖刚军，
申请(专利权)人：珠海一微半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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