一种相机参数标定方法、装置、设备及系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种相机参数标定方法、装置、设备及系统，本方案中，相机针对多个棋盘格标靶进行图像采集，得到标定图像，也就是说标定图像中包含多个棋盘格，基于包含多个棋盘格的标定图像，求解相机参数；第一方面，标定图像中包含多个棋盘格，也就不需要多次调整棋盘格标靶位置或姿态、多次采集针对棋盘格标靶的标定图像，提高了标定效率；第二方面，多次采集针对棋盘格标靶的标定图像，造成的采集误差较大，应用本方案，减小了采集误差。

A Camera Parameter Calibration Method, Device, Equipment and System

The embodiment of the present invention provides a camera parameter calibration method, device, equipment and system. In this scheme, the camera collects images for multiple chessboard target and obtains calibration images, that is to say, the calibration image contains multiple chessboard grids, and solves camera parameters based on the calibration image containing multiple chessboard grids. First, the calibration image contains multiple chessboard grids. There is no need to adjust the position or posture of the chessboard target many times, and collect the calibration image for the chessboard target many times to improve the calibration efficiency. Secondly, the calibration image for the chessboard target is collected many times, which results in large acquisition error, and the application of this scheme reduces the acquisition error.

【技术实现步骤摘要】
一种相机参数标定方法、装置、设备及系统技术邻域本专利技术涉及相机标定技术邻域，特别是涉及一种相机参数标定方法、装置、设备及系统。
技术介绍
在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面中点的三维几何位置与图像中像素点的对应关系，通常需要建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，求解相机参数的过程称之为相机标定。现有的相机标定算法中，通常需要多次调整棋盘格标靶位置或姿态，每次调整位置后，采集棋盘格标靶的图像，得到棋盘格标靶的不同位置或姿态多张图像，基于这多张图像，求解相机参数。应用上述方案，需要多次调整棋盘格标靶位置或姿态，多次采集棋盘格标靶的图像，效率较低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种相机参数标定方法、设备及系统，以提高标定效率。为达到上述目的，本专利技术实施例提供一种相机参数标定方法，包括：获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点；根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点；根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数。为达到上述目的，本专利技术实施例还提供一种相机参数标定装置，包括：第一获取模块，用于获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；第一确定模块，用于在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点；生成模块，用于根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；转换模块，用于将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点；第一计算模块，用于根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数。为达到上述目的，本专利技术实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一种相机参数标定方法。为达到上述目的，本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种相机参数标定方法。为达到上述目的，本专利技术实施例还提供一种相机标定系统，所述系统包括：待标定相机及处理设备；其中，所述待标定相机，用于针对多个棋盘格标靶进行图像采集，得到标定图像；所述处理设备，用于获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点；根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点；根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数。所述待标定相机的参数。应用本专利技术所示实施例，相机针对多个棋盘格标靶进行图像采集，得到标定图像，也就是说标定图像中包含多个棋盘格，基于包含多个棋盘格的标定图像，求解相机参数，不需要多次调整棋盘格标靶位置或姿态，也不需要多次采集棋盘格标靶的图像，提高了标定效率。当然，实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，对于本邻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为本专利技术实施例提供的相机参数标定方法的第一种流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的棋盘格角点示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种确定棋盘格角点的流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的图像滤波模板示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种生成棋盘格的流程示意图；图6为本专利技术实施例提供的相机参数标定方法的第二种流程示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种相机参数标定装置的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的相机标定系统的第一种结构示意图；图10为本专利技术实施例提供的相机标定系统的第二种结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本邻域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种相机参数标定方法、装置、设备及系统。下面首先介绍相机参数标定方法，该方法可以应用于待标定相机，也可以应用于与待标定相机通信连接的其他电子设备，具体不做限定。该待标定相机可以为单目相机，也可以为双目相机，也可以为多目相机，可以为针孔相机，也可以为鱼眼相机，等等，具体不做限定。图1为本专利技术实施例提供的相机参数标定方法的第一种流程示意图，包括：S101：获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；S102：在该标定图像中，确定第一棋盘格角点；S103：根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；S104：将该多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点；S105：根据该第二棋盘格角点与该第一棋盘格角点的投影关系，计算该待标定相机的参数。应用本专利技术图1所示实施例，相机针对多个棋盘格标靶进行图像采集，得到标定图像，也就是说标定图像中包含多个棋盘格，基于包含多个棋盘格的标定图像，求解相机参数；第一方面，标定图像中包含多个棋盘格，也就不需要多次调整棋盘格标靶位置或姿态、多次采集针对棋盘格标靶的标定图像，提高了标定效率；第二方面，多次采集针对棋盘格标靶的标定图像，造成的采集误差较大，应用本方案，减小了采集误差。下面对图1所示实施例进行详细说明：S101：获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像。如果本实施例的执行主体为待标定相机，该相机可以针对多个棋盘格标靶进行图像采集，得到标定图像；如果执行主体为其他具有处理功能的电子设备，该设备可以接收待标定相机发送的标定图像，该标定图像为待标定相机针对多个棋盘格标靶进行图像采集得到的。在本专利技术实施例中，预先设置多个棋盘格标靶，这多个棋盘格标靶的姿态及位置各不相同，较佳的，这多个棋盘格标靶所在的平面与成像平面的夹角可以在30度-45度之间，而且各个棋盘格标靶所在的平面互不平行。为了区分描述，本实施例中将真实世界里的棋盘格称为棋盘格标靶，图像中的棋盘格称为棋盘格。S102：在该标定图像中，确定第一棋盘格角点。棋盘格角点可以理解为黑棋盘格与白棋盘格的交点，比如图2中的P点。棋盘格角点具有一些角点独有的特征，利用这些特征，可以在标定图像的像素点中，识别出棋盘格角点。在本实施例中，为了方便描述，将标定图像像素点中的棋盘格角点称为第一棋盘格角点。作为一种实施方式，S102可以包括：利用预先设定的图像滤波模板，对所述标定图像进行滤波；根据滤波结果，计算所述标定图像中的每个像素点的角点似然性；基于所述每个像素点的角点似然性，确定所述标定图像中的第一棋盘格角点。在本实施方式中，确定第一棋盘格角点的具体过程可以如图3所示，包括：S301：利用预先设定的至少一种图像滤波模板，对该标定图像进行滤波，得到至少一组滤波后的图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相机参数标定方法，其特征在于，包括：获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点；根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点；根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数。

【技术特征摘要】
1.一种相机参数标定方法，其特征在于，包括：获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点；根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点；根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点，包括：利用预先设定的图像滤波模板，对所述标定图像进行滤波；根据滤波结果，计算所述标定图像中的每个像素点的角点似然性；基于所述每个像素点的角点似然性，确定所述标定图像中的第一棋盘格角点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用预先设定的图像滤波模板，对所述标定图像进行滤波，包括：利用预先设定的至少一种图像滤波模板，对所述标定图像进行滤波，得到至少一组滤波后的图像，其中，每种图像滤波模板中包含多个图像滤波模板，所述每种图像滤波模板对应一组滤波后的图像，所述每种图像滤波模板为针对棋盘格角点的特征设定的；所述根据滤波结果，计算所述标定图像中的每个像素点的角点似然性，包括：计算每组滤波后的图像的均值图像；计算每组滤波后的图像与其均值图像的差值信息；根据所述差值信息，计算所述标定图像中每个像素点的角点似然性。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述每个像素点的角点似然性，确定所述标定图像中的第一棋盘格角点，包括：基于所述每个像素点的角点似然性，确定所述标定图像中的候选像素点；针对每个候选像素点，计算所述候选像素点的梯度得分和/或亮度得分；其中，所述梯度得分表示所述候选像素点的灰度变化方向与棋盘格角点的灰度变化方向的相似度、所述亮度得分表示所述候选像素点的灰度值与棋盘格角点的灰度值的相似度；基于所述梯度得分和/或亮度得分，在候选像素点中选择第一棋盘格角点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述计算所述候选像素点的梯度得分和/或亮度得分之前，还包括：将所述候选像素点邻域内梯度幅值最大的两个方向确定为所述候选像素点的边缘方向；对所述候选像素点的边缘方向及位置进行优化；所述计算所述候选像素点的梯度得分和/或亮度得分，包括：计算优化后的候选像素点的梯度得分和/或亮度得分。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所确定的每个第一棋盘格角点，生成棋盘格，包括：在所述每个第一棋盘格角点中，依次确定当前角点；针对每个当前角点，确定该当前角点的第一预设数量个相邻点，所述第一预设数量个相邻点均属于第一棋盘格角点；利用最小化能量函数，计算所述当前角点与所述第一预设数量个相邻点构成的初始单元的能量；判断所述初始单元的能量是否小于预设阈值；如果否，返回执行所述在所述每个第一棋盘格角点中，依次确定当前角点；如果是，基于所述初始单元进行棋盘格生长，得到该当前角点对应的棋盘格。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述初始单元进行棋盘格生长，得到该当前角点对应的棋盘格，包括：针对所述初始单元的四个生长方向中的每个方向，确定该方向的候选角点；确定所述候选角点的第二预设数量个相邻点，所述第二预设数量个相邻点均属于第一棋盘格角点；计算所述候选角点与所述第二预设数量个相邻点构成的生长单元的能量；选择能量最小的生长单元作为生长结果；判断所述生长结果的能量是否大于所述初始单元的能量；如果大于，在该方向中停止生长；如果不大于，基于所述生长结果继续生长。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述基于所述初始单元进行棋盘格生长，得到该当前角点对应的棋盘格之后，还包括：判断棋盘格序列是否为空；如果是，将该当前角点对应的棋盘格添加至所述棋盘格序列；如果否，判断该当前角点对应的棋盘格与所述棋盘格序列中的棋盘格是否存在重叠的角点；如果不存在，将该当前角点对应的棋盘格添加至所述棋盘格序列；如果存在，确定所述重叠的角点所在的所述棋盘格序列中的目标棋盘格；判断该当前角点对应的棋盘格的能量是否小于所述目标棋盘格的能量；如果小于，在所述棋盘格序列中，用该当前角点对应的棋盘格替换所述目标棋盘格。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待标定相机包含多个采集器，每个采集器针对同一组棋盘格标靶进行图像采集，所述同一组棋盘格标靶中包含多个棋盘格标靶，所述标定图像包含所述多个采集器采集的标定图像；所述在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点，包括：分别在每个采集器采集的标定图像中，确定第一棋盘格角点；所述根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格，包括；在每张标定图像中，根据该标定图像中的第一棋盘格角点，生成一组棋盘格，所述一组棋盘格中包含多个棋盘格；在将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点之前，所述方法还包括：将每组棋盘格进行匹配，根据匹配结果，确定每组棋盘格之间的角点对应关系；所述根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数，包括：根据每张标定图像对应的第二棋盘格角点以及第一棋盘格角点、以及所确定的角点对应关系，计算所述待标定相机的参数。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将每组棋盘格进行匹配，根据匹配结果，确定每组棋盘格之间的角点对应关系，包括：针对每两组棋盘格，在第一组棋盘格和第二组棋盘格中，每次选择两对棋盘格；其中，每对棋盘格包含第一棋盘格和第二棋盘格，第一棋盘格为第一组棋盘格中的棋盘格，第二棋盘格为第二组棋盘格中的棋盘格；利用每次选择的两对棋盘格，根据相似性变化矩阵，计算所述第一组棋盘格和第二组棋盘格的变换关系；根据所述变换关系，将第一组棋盘格中每个棋盘格的中心点投影到所述第二组棋盘格，得到多个投影点；针对每个投影点，在所述第二组棋盘格的每个棋盘格的中心点中，确定与该投影点距离最小的目标中心点；根据每个投影点及其对应的目标中心点，确定该次选择对应的匹配组合，所述匹配组合中包含所述第一组棋盘格中每个棋盘格与所述第二组棋盘格中每个棋盘格之间的一一对应关系；在每次选择对应的匹配组合中，确定匹配程度最高的目标匹配组合；确定所述目标匹配组合中棋盘格之间的角点对应关系。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述在每次选择对应的匹配组合中，确定匹配程度最高的目标匹配组合，包括：针对每次选择对应的匹配组合，计算该匹配组合对应的仿射变化系数；根据所述仿射变化系数，将所述第一组棋盘格中的角点投影到所述第二组棋盘格中，得到投影后角点；针对该匹配组合下的每对棋盘格，对该对棋盘格进行旋转，每次旋转后，计算该对棋盘格中所述投影后角点与所述第二组棋盘格中的角点的角点距离；确定该对棋盘格的最小角点距离；确定每对棋盘格的中心点偏移距离；根据每对棋盘格的最小角点距离及中心点偏移距离，计算每个匹配组合的匹配得分；将匹配得分最高的匹配组合作为目标匹配组合。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述多个棋盘格转换至各自的棋盘格世界坐标系，得到每个棋盘格的第二棋盘格角点，包括：针对所生成的每个棋盘格，在该棋盘格中选择坐标系原点，其中，所述坐标系原点、以及该棋盘格所在平面构成该棋盘格的棋盘格世界坐标系；以所述坐标系原点为基准，计算该棋盘格中每个第一棋盘格角点对应的第二棋盘格角点的坐标。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数包含相机内参、相机外参及畸变参数；所述根据所述第二棋盘格角点与所述第一棋盘格角点的投影关系，计算所述待标定相机的参数，包括：对相机内参、相机外参及畸变参数进行初始化；利用第一目标函数，对初始化后的相机内参、相机外参及畸变参数优化求解；所述第一目标函数为：其中，rms为重投影误差，所述第一目标函数的目标为：所述重投影误差最小，n为棋盘格的数量，mi为第i个棋盘格中的角点数量，mij表示第i个棋盘格中第j个第一棋盘格角点，Mij表示第i个棋盘格中第j个第二棋盘格角点，A表示相机内参，D表示畸变参数，Ri表示相机外参中第i个棋盘格世界坐标系到采集器世界坐标系的旋转参数，Ti表示相机外参中第i个棋盘格世界坐标系到采集器世界坐标系的平移参数，表示将第二棋盘格角点Mij经过A、D、Ri和Ti变换后的投影点。14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述参数包含相机内参、相机外参、畸变参数及每个采集器之间的旋转平移参数；所述根据每张标定图像对应的第二棋盘格角点以及第一棋盘格角点、以及所确定的角点对应关系，计算所述待标定相机的参数，包括：对相机内参、相机外参及畸变参数进行初始化；根据所述角点对应关系，确定每个棋盘格对应的采集器世界坐标系之间的之间的旋转关系的初始值和平移关系的初始值；利用第二目标函数，对所述相机内参、相机外参、畸变参数及每个采集器世界坐标系之间的旋转关系和平移关系优化求解；所述第二目标函数为：其中，rms为重投影误差，所述第二目标函数的目标为：所述重投影误差最小，mi为第i个棋盘格中的角点数量，k、l均表示采集器标识，q表示所述待标定相机中包含的采集器的数量，nkl表示标识为l的采集器与标识为k的采集器之间共视棋盘格标靶的数量，mlij表示标识为l的采集器采集到的标定图像中第i个棋盘格中第j个第一棋盘格角点，Mij表示第i个棋盘格中第j个第二棋盘格角点，Al表示标识为l的采集器的相机内参，Dl表示标识为l的采集器的畸变参数，Rki表示标识为k的采集器采集的标定图像中第i个棋盘格的棋盘格世界坐标系到采集器世界坐标系的旋转参数，Tki表示标识为k的采集器采集的标定图像中第i个棋盘格的棋盘格世界坐标系到采集器世界坐标系的平移参数，Rkl表示标识为l的采集器与标识为k的采集器世界坐标系之间的旋转关系，Tkl表示标识为l的采集器与标识为k的采集器世界坐标系之间的平移关系，其中，标识为k的采集器的相机外参包括：Rki，Tki；表示将第二棋盘格角点Mij经过Al、Dl、Rki、Tki、Rkl和Tkl变换后的投影点。15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述根据每张标定图像对应的第二棋盘格角点以及第一棋盘格角点、以及所确定的角点对应关系，计算所述待标定相机的参数之后，还包括：获取所述待标定相机的每个采集器采集到的校验图像，所述校验图像为该采集器针对所述同一组棋盘格标靶采集到的；根据计算得到的相机参数，利用预设校正算法对每张校验图像进行校正；分别在每张校正后的校验图像中确定特征点，并将不同校验图像中存在对应关系的特征点组成特征点组；计算每个特征点组中特征点的校正误差；基于所述校正误差，判断计算得到的相机参数是否有效；如果有效，将计算得到的相机参数确定为最终相机参数；如果否，调整所述多个棋盘格标靶，并返回执行所述获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像的步骤。16.一种相机参数标定装置，其特征在于，包括：第一获取模块，用于获取待标定相机采集到的针对多个棋盘格标靶的标定图像；第一确定模块，用于在所述标定图像中，确定第一棋盘格角点；生成模块，用于根据所确定的第一棋盘格角点，生成多个棋盘格；转换模块，用于将所述多个棋盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：张奎，夏循龙，毛慧，
申请(专利权)人：杭州海康威视数字技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33