标定方法、多相机探针装置及飞针测试机制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种标定方法、多相机探针装置及飞针测试机。本发明专利技术提供的标定方法、多相机探针装置及飞针测试机，其对相机系统的标定过程简单、标定精度高，且在完成相机系统的标定后，可实现对探针的一键标定，而无需多次手动示教实际位置；更换探针后，也不需要再次手动示教探针位置，通过视觉拍照，可直接在之前标定前提下，确定新探针在系统中的实际位置。该标定方法对相机的标定精度可达0.7μm以下，对探针的标定精度可达3.5μm以下。对探针的标定精度可达3.5μm以下。对探针的标定精度可达3.5μm以下。

【技术实现步骤摘要】
标定方法、多相机探针装置及飞针测试机


[0001]本专利技术是关于机器视觉
，特别是关于一种标定方法、多相机探针装置及飞针测试机。

技术介绍

[0002]相机标定是指用相机系统拍摄标定板的图像，利用标定板中已知特征点的三维坐标及图像上对应的图像坐标，解算相机参数的过程。在机器视觉和影像测量领域，完成测量及定位任务的主要设备为相机，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，并对其参数进行准确标定。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度、算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。
[0003]目前，对于标定相机外执行部件，如探针、切割刀头、激光喷墨头等，一般都采用多次手动示教实际位置，然后用相机拍照的方式进行标定，标定费时费力，且精度很低，无法满足高精度的定位应用场景。
[0004]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的标定方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种标定方法、多相机探针装置及飞针测试机，该标定方法标定实施过程简单、标定精度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种多相机标定方法，其包括以下步骤：
[0008]建立第一相机的图像坐标系XYZ
p1
和机械坐标系XYZ
m1
，第二相机的图像坐标系XYZ
p2/>和机械坐标系XYZ
m2
，及第三相机的图像坐标系XYZ
p3
；
[0009]以标定板上预设点为原点建立标定板的物理坐标系XYZ
mb
，根据标定板上预设点和标定点的实际物理距离，计算得到标定点的物理坐标[x
mb
,y
mb
]T
；
[0010]通过第一相机、第二相机和第三相机拍摄标定板的图像，确定标定点在坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
中的图像坐标[x
p1
,y
p1
]T
、[x
p2
,y
p2
]T
及[x
p3
,y
p3
]T
；
[0011]根据标定点的物理坐标[x
mb
,y
mb
]T
及标定点的图像坐标[x
p1
,y
p1
]T
、[x
p2
,y
p2
]T
、[x
p3
,y
p3
]T
，通过齐次变换，得到坐标系XYZ
mb
到坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
的变换矩阵M
mb
→
p1
、M
mb
→
p2
及M
mb
→
p3
；
[0012]根据标定点的图像坐标[x
p1
,y
p1
]T
、[x
p2
,y
p2
]T
，获取标定点在坐标系XYZ
m1
和XYZ
m2
中的机械坐标，通过仿射变换，得到坐标系XYZ
p1
到坐标系XYZ
m1
的变换矩阵M
p1
→
m1
、及坐标系XYZ
p2
到坐标系XYZ
m2
的变换矩阵M
p2
→
m2
；
[0013]根据变换矩阵M
mb
→
p1
、M
mb
→
p2
、M
mb
→
p3
、M
p1
→
m1
及M
p2
→
m2
，得到第一相机的机械坐标系XYZ
m1
、第二相机的机械坐标系XYZ
m2
及第三相机的图像坐标系XYZ
p3
之间的转换关系。
[0014]在一个或多个实施方式中，所述坐标系XYZ
p1
的原点为第一相机拍摄的图像的图像
中心，所述坐标系XYZ
p2
的原点为第二相机拍摄的图像的图像中心，所述坐标系XYZ
p3
的原点为第三相机拍摄的图像的图像中心。
[0015]在一个或多个实施方式中，所述坐标系XYZ
m1
的原点为第一相机拍摄标定板时第一相机所处的机械位置，所述坐标系XYZ
m2
的原点为第二相机拍摄标定板时第二相机所处的机械位置。
[0016]在一个或多个实施方式中，所述通过第一相机、第二相机和第三相机拍摄标定板的图像，确定标定点在坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
中的图像坐标[x
p1
,y
p1
]T
、[x
p2
,y
p2
]T
及[x
p3
,y
p3
]T
，包括：
[0017]通过第一相机、第二相机和第三相机拍摄标定板，获取标定板的第一图像、第二图像和第三图像，根据标定点在第一图像、第二图像和第三图像中的像素位置，确定标定点在坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
中的图像坐标[x
p1
,y
p1
]T
、[x
p2
,y
p2
]T
及[x
p3
,y
p3
]T
。
[0018]在一个或多个实施方式中，所述齐次变换公式为：
[0019][0020]其中，Z
c
为标定板的标定平面到相机的图像坐标系平面的垂直高度，(u,v)为相机获取的标定板图像内的点，dX
×
dY为单个像素的物理尺寸，(u0,v0)为相机获取的标定板图像左上角到相机图像坐标系原点的平移量，f为相机镜头的焦距，(X
w
,Y
w
,Z
w
)为物理空间中的点坐标，M为标定板物理坐标系和相机图像坐标系之间的变换矩阵。
[0021]在一个或多个实施方式中，所述根据标定点的图像坐标[x
p1
,y
p1
]T
、[x
p2
,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相机标定方法，其特征在于，包括以下步骤：建立第一相机的图像坐标系XYZ
p1
和机械坐标系XYZ
m1
，第二相机的图像坐标系XYZ
p2
和机械坐标系XYZ
m2
，及第三相机的图像坐标系XYZ
p3
；以标定板上预设点为原点建立标定板的物理坐标系XYZ
mb
，根据标定板上预设点和标定点的实际物理距离，计算得到标定点的物理坐标[x
mb
，y
mb
]
T
；通过第一相机、第二相机和第三相机拍摄标定板的图像，确定标定点在坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
中的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
及[x
p3
，y
p3
]
T
；根据标定点的物理坐标[x
mb
，y
mb
]
T
及标定点的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
、[x
p3
，y
p3
]
T
，通过齐次变换，得到坐标系XYZ
mb
到坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
的变换矩阵M
mb
→
p1
、M
mb
→
p2
及M
mb
→
p3
；根据标定点的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
，获取标定点在坐标系XYZ
m1
和XYZ
m2
中的机械坐标，通过仿射变换，得到坐标系XYZ
p1
到坐标系XYZ
m1
的变换矩阵M
p1
→
m1
、及坐标系XYZ
p2
到坐标系XYZ
m2
的变换矩阵M
p2
→
m2
；根据变换矩阵M
mb
→
p1
、M
mb
→
p2
、M
mb
→
p3
、M
p1
→
m1
及M
p2
→
m2
，得到第一相机的机械坐标系XYZ
m1
、第二相机的机械坐标系XYZ
m2
及第三相机的图像坐标系XYZ
p3
之间的转换关系。2.如权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述坐标系XYZ
p1
的原点为第一相机拍摄的图像的图像中心，所述坐标系XYZ
p2
的原点为第二相机拍摄的图像的图像中心，所述坐标系XYZ
p3
的原点为第三相机拍摄的图像的图像中心。3.如权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述坐标系XYZ
m1
的原点为第一相机拍摄标定板时第一相机所处的机械位置，所述坐标系XYZ
m2
的原点为第二相机拍摄标定板时第二相机所处的机械位置。4.如权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述通过第一相机、第二相机和第三相机拍摄标定板的图像，确定标定点在坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
中的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
及[x
p3
，y
p3
]
T
，包括：通过第一相机、第二相机和第三相机拍摄标定板，获取标定板的第一图像、第二图像和第三图像，根据标定点在第一图像、第二图像和第三图像中的像素位置，确定标定点在坐标系XYZ
p1
、XYZ
p2
及XYZ
p3
中的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
及[x
p3
，y
p3
]
T
。5.如权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述齐次变换公式为：其中，Z
c
为标定板的标定平面到相机的图像坐标系平面的垂直高度，(u，v)为相机获取的标定板图像内的点，dX
×
dY为单个像素的物理尺寸，(u0，v0)为相机获取的标定板图像左上角到相机图像坐标系原点的平移量，f为相机镜头的焦距，(X
w
，Y
w
，Z
w
)为物理空间中的点坐标，M为标定板物理坐标系和相机图像坐标系之间的变换矩阵。6.如权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述根据标定点的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
，获取标定点在坐标系XYZ
m1
和XYZ
m2
中的机械坐标，包括：根据标定点的图像坐标[x
p1
，y
p1
]
T
、[x
p2
，y
p2
]
T
，计算标定点与图像中心的像素距离，通过
像素单量得到标定点与第一相机和第二相机中心的物理距离，根据第一相机中心在坐标系XYZ
m1
中的机械坐标及第二相机中心在坐标系XYZ
m2
中的机械坐标，获取标定点在坐标系XYZ
m1
和XYZ
m2
中的机械坐标。7.如权利要求1所述的多相机标定方法，其特征在于，所述根据变换矩阵M
mb
→
p1
、M
mb
→
p2
、M
mb
→
p3
、M
p1
→
m1
及M
p2
→
m2
，得到第一相机的机械坐标系XYZ
m1
、第二相机的机械坐标系XYZ
m2
及第三相机的图像坐标系XYZ
p...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春雷，
申请(专利权)人：苏州格拉尼视觉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：