一种外参标定方法、装置、系统及机器人制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种外参标定方法、装置、系统及机器人，方法包括：分别获取第一设备在多个测量位置处的第一位姿；其中，第一位姿为第一坐标系中的位姿；分别获取第二设备在该多个测量位置处的第二位姿；其中，第二位姿为第二坐标系中的位姿；根据每个测量位置处的第一位姿和第二位姿、以及第一坐标系与第二坐标系之间的坐标转换关系，求解第一设备与第二设备之间的外参；可见，本方案中，实现了直接确定两台设备之间的外参，而不需要将这两台设备都转换到世界坐标系中。

An external parameter calibration method, device, system and robot

【技术实现步骤摘要】
一种外参标定方法、装置、系统及机器人
本专利技术涉及计算机视觉
，特别是涉及一种外参标定方法、装置、系统及机器人。
技术介绍
外参标定方案中，大多是计算待标定设备坐标系与世界坐标系之间的外参。比如，相机外参标定方案中，通常计算相机坐标系与世界坐标系之间的旋转平移关系。平移关系可以表达为平移向量，旋转关系可以表达为旋转矩阵。而在一些场景中，通常需要计算不同设备之间的外参。目前，只能利用上述方案，分别计算各设备坐标系与世界坐标系之间的旋转平移关系，基于该旋转平移关系，将不同设备都转换到世界坐标系中，然后再确定该不同设备之间的外参。利用上述方案，并不能直接确定不同设备之间的外参，而是需要世界坐标系作为媒介，转换过程较复杂。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种外参标定方法、装置、系统及机器人，以实现直接确定不同设备之间的外参。为达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种外参标定方法，包括：分别获取第一设备在多个测量位置处的第一位姿；其中，所述第一位姿为第一坐标系中的位姿；分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外参标定方法，其特征在于，包括：/n分别获取第一设备在多个测量位置处的第一位姿；其中，所述第一位姿为第一坐标系中的位姿；/n分别获取第二设备在所述多个测量位置处的第二位姿；其中，所述第二位姿为第二坐标系中的位姿；/n根据每个测量位置处的第一位姿和第二位姿、以及所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的坐标转换关系，求解所述第一设备与所述第二设备之间的外参。/n

【技术特征摘要】
1.一种外参标定方法，其特征在于，包括：
分别获取第一设备在多个测量位置处的第一位姿；其中，所述第一位姿为第一坐标系中的位姿；
分别获取第二设备在所述多个测量位置处的第二位姿；其中，所述第二位姿为第二坐标系中的位姿；
根据每个测量位置处的第一位姿和第二位姿、以及所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的坐标转换关系，求解所述第一设备与所述第二设备之间的外参。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个测量位置处的第一位姿和第二位姿、以及所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的坐标转换关系，求解所述第一设备与所述第二设备之间的外参，包括：
针对每个测量位置，以该位置处的第一位姿和第二位姿为已知量，以所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的坐标转换关系、以及所述第一设备与所述第二设备之间的外参为未知量，构建该位置处的转换方程；
将所述外参设定为初始值，利用所述初始值对每个测量位置处的转换方程中的坐标转换关系和所述外参进行交替迭代求解，得到所述第一设备与所述第二设备之间的外参标定结果。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别获取第一设备在多个测量位置处的第一位姿，包括：
分别获取相机在多个测量位置处的第一位姿；其中，所述第一位姿为视觉坐标系中的位姿；
所述分别获取第二设备在所述多个测量位置处的第二位姿，包括：
分别获取携带所述相机的设备在所述多个测量位置处的第二位姿；其中，所述第二位姿为世界坐标系中的位姿。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别获取相机在多个测量位置处的第一位姿，包括：
获取相机在多个测量位置处针对标定板采集的标定图像；
基于所述标定图像，获取所述相机在每个测量位置处的第一位姿；
在所述分别获取携带所述相机的设备在所述多个测量位置处的第二位姿之后，还包括：
将所述第二位姿转换为与所述第一位姿自由度相同的位姿。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制携带相机的设备进行一段折线运动；其中，所述折线运动中包括第一直线运动和第二直线运动；
所述分别获取相机在多个测量位置处的第一位姿，包括：
分别获取所述相机在所述第一直线运动中第一位置和第二位置处的位姿、以及在所述第二直线运动中第三位置和第四位置处的位姿，作为第一位姿；
所述分别获取携带所述相机的设备在所述多个测量位置处的第二位姿，包括：
分别获取所述设备在所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置和所述第四位置处的位姿，作为第二位姿。


6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述初始值对每个测量位置处的转换方程中的坐标转换关系和所述外参进行交替迭代求解，得到所述第一设备与所述第二设备之间的外参标定结果，包括：
将初始值代入每个测量位置处的转换方程，得到每个转换方程对应的坐标转换关系的中间值；
通过将每个坐标转换关系的中间值代回对应的转换方程，得到一个以所述外参为未知量的方程组；
对所述方程组进行求解，得到所述外参的中间值；
判断是否满足迭代停止条件；
如果不满足，将所述外参的中间值作为新的初始值，并返回执行所述将初始值代入每个测量位置处的转换方程的步骤；
如果满足，将所述外参的中间值确定为所述第一设备与所述第二设备之间的外参标定结果。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将初始值代入每个测量位置处的转换方程，得到每个转换方程对应的坐标转换关系的中间值，包括：
将初始值代入每个测量位置处的转换方程，得到所述第一设备在所述第二坐标系中的第一轨迹；
通过将所述第一轨迹与所述第一位姿形成的第二轨迹进行配准，得到所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的坐标转换关系的中间值。


8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述转换方程为：坐标转换关系×第一位姿＝第二位姿×外参；
所述转换方程的展开表达式为：



其中，R表示旋转关系，t表示平移关系，下标中g表示第二坐标系，v表示第一坐标系，b表示第二设备的坐标系，c表示第一设备的坐标系，下标中的两个字母表示由右边字母表示的坐标系转换至由左边字母表示的坐标系；i表示第i个测量位置处；
由所述表达式推导得到旋转分量等式：
由所述表达式推导得到平移分量等式：
所述将初始值代入每个测量位置处的转换方程，得到所述第一设备在所述第二坐标系中的第一轨迹，包括：
将tbc的初始值代入所述平移分量等式右侧，得到所述第一设备在所述第二坐标系中的第一轨迹
所述通过将所述第一轨迹与所述第一位姿形成的第二轨迹进行配准，得到所述第一坐标系与所述第二坐标系之间的坐标转换关系的中间值，包括：
根据所述平移分量等式，得到表示所述第一位姿形成的第二轨迹；
通过对所述第一轨迹与所述第二轨迹进行刚体变换，得到所述坐标转换关系的中间值。


9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述外参的中间值确定为所述第一设备与所述第二设备之间的外参标定结果，包括：
将所述外参的中间值确定为所述第一设备与所述第二设备之间的平移关系；
所述方法还包括：
将所述平移关系代回所述转换方程，得到所述坐标转换关系；
根据所述坐标转换关系中的旋转关系、所述第一位姿中的旋转关系、以及所述第二位姿中的旋转关系，计算所述第一设备与所述第二设备之间的旋转关系。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述坐标转换关系中的旋转关系、所述第一位姿中的旋转关系、以及所述第二位姿中的旋转关系，计算所述第一设备与所述第二设备之间的旋转关系，包括：
利用如下算式，计算所述第一设备与所述第二设备之间的旋转关系：



其中，Rbc表示所述第一设备与所述第二设备之间的旋转关系，表示第i个位置处的第二位姿中的旋转关系，Rgv表示所述坐标转换关系中的旋转关系，表示第i个位置处的第一位姿中的旋转关系。


11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述初始值对每个测量位置处的转换方程中的坐标转换关系和所述外参进行交替迭代求解，得到所述第一设备与所述第二设备之间的外参标定结果，包括：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳宁，宋江新，毛慧，浦世亮，
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