一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法技术

本发明专利技术涉及一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，该方法包括以下步骤：标定初始化步骤：将包含二维码的标定板相对于机器人的位置固定放置，标定二维码相对于机器人的坐标，并基于二维码ID值保存；数据采集步骤：通过摄像头采集二维码的图像，保存每个图像的二维码ID值、摄像头信息和关节信息；投影变换步骤：基于二维码ID值，通过摄像头信息和关节信息构建投影变换参数，将每个二维码坐标投影到采集的包含该二维码的图像平面中；优化计算步骤：构建误差函数，对投影变换参数进行优化；标定结果获取步骤：评估优化后的投影变换参数，标定摄像头外参数；二维码为ArUco二维码。与现有技术相比，本发明专利技术具有标定效率高、准确度高、可靠性高、易于操作等优点。

A simple external parameter calibration method of Nao robot camera

【技术实现步骤摘要】
一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法
本专利技术涉及机器人摄像头外参数标定领域，尤其是涉及一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法。
技术介绍
Nao机器人摄像机外参数标定大多出现在RoboCup比赛中，在比赛过程中，机器人需要依靠自身自带的传感器，在不借助外界传感器和人为操纵的情况下，完成比赛。因此机器人需要利用摄像头实现对比赛场上“球”，“机器人”，“球门”的识别，以及通过计算比赛场上的特征点线与机器人的相对位置，推算机器人在场上的位置，实现机器人的定位。在以上所述的任务中，都完全依赖机器人摄像头参数的正确，机器人外参数主要是确定摄像头的坐标系与机器人坐标系间的相对位置关系。比赛队伍大多是将机器人放置于场地的固定点上，使用比赛场地现成的边线信息进行摄像头的外参数标定。但是由于比赛场地在比赛调试时环境比较复杂，很难采用自动取点的方法快速准确的获取到边线上的点，采取手动取点的方式能够保证取点的精度，但是整个标定过程耗时大大增加。所以这种基于场地边线的Nao机器人摄像头外参数标定方法无法兼顾准确性和速度。除此之外，现有的标定方法还要求有初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n标定初始化步骤：将包含多个二维码的标定板相对于机器人的位置固定放置，标定每个二维码相对于机器人的坐标，并基于二维码ID值保存；/n数据采集步骤：通过机器人上的摄像头采集包含二维码的图像，同时保存每个图像对应的二维码ID值、摄像头信息和关节信息；/n投影变换步骤：基于二维码ID值，通过摄像头信息和关节信息构建投影变换参数，将标定初始化步骤中每个二维码坐标投影到摄像头采集包含该二维码的图像平面中；/n优化计算步骤：基于投影变换步骤中的投影结果，构建误差函数，对投影变换参数进行优化；/n标定结果获取步骤：评估优化计算...

【技术特征摘要】
1.一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
标定初始化步骤：将包含多个二维码的标定板相对于机器人的位置固定放置，标定每个二维码相对于机器人的坐标，并基于二维码ID值保存；
数据采集步骤：通过机器人上的摄像头采集包含二维码的图像，同时保存每个图像对应的二维码ID值、摄像头信息和关节信息；
投影变换步骤：基于二维码ID值，通过摄像头信息和关节信息构建投影变换参数，将标定初始化步骤中每个二维码坐标投影到摄像头采集包含该二维码的图像平面中；
优化计算步骤：基于投影变换步骤中的投影结果，构建误差函数，对投影变换参数进行优化；
标定结果获取步骤：评估优化计算步骤中优化后的投影变换参数，若满足预设的评估条件，则基于该投影变换参数标定摄像头外参数，否则重新执行标定过程；
所述二维码为ArUco二维码。


2.根据权利要求1所述的一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，其特征在于，所述投影变换步骤中，投影变换参数包括世界坐标系到摄像头坐标系的变换，以及摄像头坐标系到图像平面的变换，所述世界坐标系到摄像头坐标系的变换的表达式为：



式中，为世界坐标系到摄像头坐标系的变换，其中世界坐标系为预设的机器人所在场景的坐标系，为世界坐标系到机器人足部坐标系的变换，为机器人足部坐标系到机器人坐标系的变换，为机器人坐标系到摄像头坐标系的变换。


3.根据权利要求1所述的一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，其特征在于，所述投影变换步骤中，投影变换参数包括世界坐标系到摄像头坐标系的变换，以及摄像头坐标系到图像平面的变换，所述世界坐标系到摄像头坐标系的变换的表达式为：



T(θtorso)＝Roty(Δθy)·Rotx(Δθx)
式中，为世界坐标系到摄像头坐标系的变换，其中世界坐标系为预设的机器人所在场景的坐标系，为世界坐标系到机器人足部坐标系的变换，为机器人足部坐标系到机器人坐标系的变换，为机器人坐标系到摄像头坐标系的变换，所述世界坐标系为预设的机器人所在场景的坐标系，T(θtorso)为以机器人躯干的旋转角θtorso的变换，为机器人坐标系到摄像头坐标系的变换，Δθty为躯干x轴旋转角，Δθtx为躯干y轴旋转角。


4.根据权利要求2或3所述的一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，其特征在于，所述的表达式为：



T(Δp,Δθ)＝trans(Δp)·Rotz(Δθ)
式中，transx(-110)表示沿世界坐标系的x轴负方向平移110mm，T(Δp,Δθ)表示机器人足部坐标系的平移旋转变换，其中Δp为平移偏差量，Δθ为旋转偏差量，trans(Δp)为以Δp平移量的平移变换，Rotz(Δθ)为以Δθ角的旋转变换。


5.根据权利要求2或3所述的一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方法，其特征在于，所述的表达式为：



式中，为机器人腿部第i-1关节到第i关节的变换，n为机器人腿部总关节数，q为关节信息中的关节角度，qcorrection为关节角度的测量误差。


6.根据权利要求2或3所述的一种简易的Nao机器人摄像头外参数标定方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启军，刘成菊，孙浩然，徐子晗，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31