一种相机传感器安装状态标定方法技术

本发明专利技术公开了一种相机传感器安装状态标定方法，涉及相机标定技术领域，该方法利用标准相机从正面拍摄放置在测试工装上的待标定相机的初始图像，利用测试工装上的刻度靶标和待标定相机的前截面的反光光标将初始图像处理为垂直正对所述待标定相机的前截面拍摄得到的所述待标定相机的前截面所在区域的待标定图像，继而检测矩形感光区域并利用其各个顶点的坐标就可以确定相机传感器的安装状态参数完全标定，该方法相比于常规标定方法更简单，转换为状态的测量后，更直观，可重复性更好。测试工装的应用，提高了测量标定工作的可重复性，这种方式可以很大程度上减少棋盘格等其它标靶标定带来的相对位置的不固定。其它标靶标定带来的相对位置的不固定。其它标靶标定带来的相对位置的不固定。

【技术实现步骤摘要】
一种相机传感器安装状态标定方法


[0001]本专利技术涉及相机标定
，尤其是一种相机传感器安装状态标定方法。

技术介绍

[0002]工业相机用于机器人手臂引导，视觉定位的时候需要计算拍摄物体的坐标。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是由工业相机成像的几何模型决定的，这些几何模型的参数就是摄像机参数。在大多数条件下，这些摄像机参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程被称为摄像机定标或摄像机标定。
[0003]摄像机的标定过程就是确定摄像机的几何和光学参数，以及摄像机相对于世界坐标系的方位的过程。由于工业相机拍摄物体的时候会受镜头的畸变以及传感器安装状态等的影响，因此在实际使用中需要进行一系列的相机标定工作。标定精度的大小，直接影响着机器视觉的精度。只有准确有效地完成标定，后续工作才能正常展开。目前已有的摄像机标定可以分为传统的摄像机标定方法和摄像机自标定方法两大类。
[0004]传统摄像机标定的基本方法是在一定的摄像机模型下，通过对特定标定参照物进行图像处理，并利用一系列数学变换公式计算及优化，来求取摄像机模型内部参数和外部参数。基于3D立体靶标的摄像机标定、基于2D平面靶标的摄像机标定、以及基于径向约束的摄像机标定等标定算法都属于传统标定算法。
[0005]摄像机自标定方法是不依赖于标定参照物，仅利用摄像机在运动过程中周围环境图像与图像之间的对应关系来对摄像机进行的标定的方法。目前已有的自标定技术大致可以分为基于主动视觉的摄像机自标定技术、直接求解Kruppa方程的摄像机自标定方法、分层逐步标定法、基于二次曲面的自标定方法等几种。
[0006]但是，无论是传统摄像机标定方法还是摄像机自标定方法，现有相机定标算法都是通过工业相机拍摄靶标，直接获取靶标的拍摄图像进行标定，要么算法非常复杂，要么需要精密的控制设备辅助，并且不同的拍摄距离通常需要反复计算，效率不高。

技术实现思路

[0007]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种相机传感器安装状态标定方法，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种相机传感器安装状态标定方法，该方法包括：
[0009]利用标准相机从正面拍摄放置在测试工装上的待标定相机的初始图像，所述标准相机是完成参数标定的相机，所述初始图像中包含所述待标定相机的前截面所在区域的图像以及背景图像，所述待标定相机的前截面所在区域的图像包含所述待标定相机的前截面及其内部的圆形镜头底座和圆形镜头底座内的相机传感器的矩形感光区域，所述背景图像至少包括所述测试工装及其上的刻度靶标；
[0010]利用所述测试工装上的刻度靶标和所述待标定相机的前截面的反光光标将所述初始图像处理为待标定图像，所述待标定图像是垂直正对所述待标定相机的前截面拍摄得
到的所述待标定相机的前截面所在区域的图像；
[0011]利用霍夫圆变换从所述待标定图像中识别得到所述圆形镜头底座的圆心坐标Ocir(x,y)和镜头底座半径R；
[0012]在Ocir(x,y)和R确定的圆形区域内检测所述相机传感器的矩形感光区域，根据所述矩形感光区域的各个顶点的坐标确定所述相机传感器的安装状态参数，所述安装状态参数是所述相机传感器在当前的安装状态相对于标准安装状态的参数；
[0013]利用所述安装状态参数对所述待标定相机的相机传感器的安装状态进行标定。
[0014]其进一步的技术方案为，所述测试工装为凹型结构，所述待标定相机固定在所述测试工装的凹槽处，所述测试工装在朝向所述标准相机的一侧设置有刻度靶标。
[0015]其进一步的技术方案为，所述测试工装在凹槽的两侧分别设置有沿着竖直方向成列的刻度靶标，测试工装在凹槽的下方设置有沿着水平方向成行的刻度靶标，转换得到的所述待标定图像以所述测试工装的水平方向为x轴、以所述测试工装的竖直方向为y轴。
[0016]其进一步的技术方案为，所述待标定相机的前截面为矩形形状，所述待标定相机的前截面的四个顶点处分别设置有所述反光光标，每个所述反光光标包括大小相等且按照等间距排列方式形成指向性的若干个圆形光标，且所述待标定相机的前截面的其中一个顶点处的反光光标旁设置额外的圆形光标标识所述待标定相机的放置方向。
[0017]其进一步的技术方案为，所述利用所述测试工装上的刻度靶标和所述待标定相机的前截面的反光光标将所述初始图像处理为待标定图像，包括：
[0018]提取所述初始图像中的刻度靶标的光学形变信息，并利用所述光学形变信息对所述初始图像进行畸变校正得到无畸变正向图像；
[0019]利用所述反光光标从所述无畸变正向图像中提取所述待标定相机的前截面所在区域的图像，并利用圆形光标的图像进行二次姿态修正，得到所述待标定图像。
[0020]其进一步的技术方案为，所述利用圆形光标的图像进行二次姿态修正，包括：
[0021]按照对从所述无畸变正向图像中提取得到的所述待标定相机的前截面所在区域的图像进行角度修正，其中，a是所述无畸变正向图像中的圆形光标的竖直方向的直径的像素长度，b是所述无畸变正向图像中的圆形光标的水平方向的直径的像素长度。
[0022]其进一步的技术方案为，确定得到的所述相机传感器的安装状态参数包括所述相机传感器的光学中心偏移值、传感器旋转角度和传感器平整角度，所述光学中心偏移值是所述相机传感器在当前的安装状态下的光学中心相对于所述圆形镜头底座的圆心坐标Ocir(x,y)的偏移值，所述传感器旋转角度是所述相机传感器在当前的安装状态下的矩形感光区域的底边相对于所述测试工装的水平方向的角度，所述传感器平整角度是所述相机传感器在当前的安装状态下的感光面所在的平面相对于所述待标定相机的前截面所在平面的倾斜角度。
[0023]其进一步的技术方案为，根据所述矩形感光区域的各个顶点的坐标确定所述相机传感器的光学中心偏移值，包括：
[0024]由所述矩形感光区域的四个顶点的坐标计算所述矩形感光区域的两条对角线的交点坐标Orec(x,y)为所述相机传感器在当前的安装状态下的光学中心；
[0025]将Ocir(x,y)和Orec(x,y)的差值作为所述光学中心偏移值，所述光学中心偏移值指示Orec(x,y)相对于Ocir(x,y)的偏移方向和偏移距离。
[0026]其进一步的技术方案为，根据所述矩形感光区域的各个顶点的坐标确定所述相机传感器的传感器旋转角度，包括：
[0027]由所述矩形感光区域的四个顶点的坐标拟合得到所述矩形感光区域的底边的直线f
r
(x,y)＝kr*x+y+cr，确定所述测试工装的水平方向的直线为f
l
(x,y)＝kl*x+y+cl，确定所述相机传感器的传感器旋转角度为kr、kl、cr、cl均为系数，x方向为所述测试工装的水平方向，y方向为所述测试工装的竖直方向。
[0028]其进一步的技术方案为，根据所述矩形感光区域的各个顶点的坐标确定所述相机传感器的传感器平整角度，包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相机传感器安装状态标定方法，其特征在于，所述方法包括：利用标准相机从正面拍摄放置在测试工装上的待标定相机的初始图像，所述标准相机是完成参数标定的相机，所述初始图像中包含所述待标定相机的前截面所在区域的图像以及背景图像，所述待标定相机的前截面所在区域的图像包含所述待标定相机的前截面及其内部的圆形镜头底座和圆形镜头底座内的相机传感器的矩形感光区域，所述背景图像至少包括所述测试工装及其上的刻度靶标；利用所述测试工装上的刻度靶标和所述待标定相机的前截面的反光光标将所述初始图像处理为待标定图像，所述待标定图像是垂直正对所述待标定相机的前截面拍摄得到的所述待标定相机的前截面所在区域的图像；利用霍夫圆变换从所述待标定图像中识别得到所述圆形镜头底座的圆心坐标Ocir(x,y)和镜头底座半径R；在Ocir(x,y)和R确定的圆形区域内检测所述相机传感器的矩形感光区域，根据所述矩形感光区域的各个顶点的坐标确定所述相机传感器的安装状态参数，所述安装状态参数是所述相机传感器在当前的安装状态相对于标准安装状态的参数；利用所述安装状态参数对所述待标定相机的相机传感器的安装状态进行标定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试工装为凹型结构，所述待标定相机固定在所述测试工装的凹槽处，所述测试工装在朝向所述标准相机的一侧设置有刻度靶标。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试工装在凹槽的两侧分别设置有沿着竖直方向成列的刻度靶标，测试工装在凹槽的下方设置有沿着水平方向成行的刻度靶标，转换得到的所述待标定图像以所述测试工装的水平方向为x轴、以所述测试工装的竖直方向为y轴。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待标定相机的前截面为矩形形状，所述待标定相机的前截面的四个顶点处分别设置有所述反光光标，每个所述反光光标包括大小相等且按照等间距排列方式形成指向性的若干个圆形光标，且所述待标定相机的前截面的其中一个顶点处的反光光标旁设置额外的圆形光标标识所述待标定相机的放置方向。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述测试工装上的刻度靶标和所述待标定相机的前截面的反光光标将所述初始图像处理为待标定图像，包括：提取所述初始图像中的刻度靶标的光学形变信息，并利用所述光学形变信息对所述初始图像进行畸变校正得到无畸变正向图像；利用所述反光光标从所述无畸变正向图像中提取所述待标定相机的前截面所在区域的图像，并利用圆形光标的图像进行二次姿态修正，得到所述待标定图像。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用圆形光标的图像进行二次姿态修正，包括：按照对从所述无畸变正向图像中提取得到的所述待标定相机的前截面所在区域的图像进行角度修正，其中，a是所述无畸变正向图像中的圆形光标的竖直方向的直径的像素长度，b是所述无畸变正向图像中的圆形光标的水平方向的直径的像素长度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定得到的所述相机传感器的安装状态参数包括所述相机传感器的光学中心偏移值、传感器旋转角度和传感器平整角度，所述光学中心偏移值是所述相机传感器在当前的安装状态下的光学中心相对于所述圆形镜头底座的圆心坐标Ocir(x,y)的偏移值，所述传感器旋转角度是所...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁琦睦，武旭，尹志新，朱浩翔，赵小龙，
申请(专利权)人：江苏信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：