用于对摄像头的动态本征参数进行建模的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于对摄像头的动态本征参数进行建模的方法和设备。提供了对摄像头的本征参数进行动态建模的设备、系统、以及方法。方法包括以下步骤：使用具有聚焦电机的摄像头，收集在一系列离散聚焦电机位置处的校准数据；根据校准数据，生成恒定点本征参数集；根据恒定点本征参数集，确定用于动态建模的本征参数子集；针对本征参数子集中的各个本征参数，执行点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合；至少部分地基于点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合，来生成摄像头的本征参数模型；以及至少部分地基于摄像头的本征参数模型，确定基准标记物在摄像头的视场内的位置。物在摄像头的视场内的位置。物在摄像头的视场内的位置。

【技术实现步骤摘要】
用于对摄像头的动态本征参数进行建模的方法和设备


[0001]本文所描述的示例实施方式总体上涉及对摄像头的动态本征(intrinsic)参数进行建模，更具体地，涉及特别是在使用自动聚焦摄像头时，确定摄像头的哪些本征参数影响姿态估计，并且对那些本征参数进行建模，以提高基准标记物(fiducial marker)的姿态估计准确度。

技术介绍

[0002]许多应用依赖于对基准标记物的位置的确定。然而，单独的基准标记物的位置可能是不足的。相反，必须确定基准标记物的六自由度(DOF)姿态信息(即，定义三维位置和取向的信息)，以便以足够的精度来定位基准标记物并与基准标记物交互。在这点上，三维位置和取向可以根据用于三维位置的x坐标、y坐标和z坐标以及用于取向的俯仰、侧倾和偏航来定义。
[0003]例如，可能需要结合各种制造操作(诸如以自动化或机器人方式执行的制造操作)，来标识基准标记物(诸如根据六DOF姿态信息)。例如，自动化喷涂操作、钻孔操作、切割操作、抛光操作以及其它制造操作频繁需要精确地确定机器人所利用的各种工具的三维位置和取向。就此而论，可以将基准标记物附接至接合这些不同工具的机器人操纵器上。通过根据基准标记物的三维位置和取向精确地标识该基准标记物，可以确定机器人操纵器的位置和取向，并进而确定由该机器人利用的工具的位置和取向，由此允许在精确的位置执行制造操作。此外，利用基于基准标记物的六DOF姿态信息的闭环控制，可以精确地执行与制造操作的性能相关的所需移动。
[0004]为确定基准标记物的六DOF姿态信息而利用的计量技术可能需要相对昂贵的设备，诸如一个或更多个激光测距仪、投影仪等。这种设备通常不仅昂贵，而且可能仅适合于有限数量的任务，并且时常必须进行手动校准，从而既增加了为标识基准标记物所需的时间又增加了技术人员为了校准专门的设备所需的训练或经验。另外，由计量技术用来确定基准标记物的六DOF姿态信息的所述设备中的至少一些设备(诸如传感器)必须在校准之后仍保持固定在原位。在这点上，可以将多个传感器(即，传感器壁(sensor wall))配置成，获得其中设置有基准标记物的空间的不同部分的图像。这种约束限制了所述设备中的至少一些设备的实用性，特别是在组合地利用多个传感器的情况下，因为校准之后设备的移动将需要重复校准过程，从而延长了诸如根据六DOF姿态信息标识基准标记物所需的时间。
[0005]另外，诸如与用于制造操作的基准标记物的标识结合使用的视觉计量通常需要相对高水平的准确度。就此而论，针对其它应用(例如针对广域监视应用)开发的要求较低准确度的计量技术可能不能够以至少一些应用(诸如涉及制造操作的那些应用)所要求的准确度，来确定基准标记物的六DOF姿态信息。

技术实现思路

[0006]提供了用于对摄像头的动态本征参数进行建模的设备和方法，更具体地，用于特
别是在使用自动聚焦摄像头时，确定摄像头的哪些本征参数影响姿态估计，并且对那些本征参数进行建模，以提高基准标记物的姿态估计准确度。实施方式包括一种用于对摄像头的本征参数进行建模的方法，所述方法包括以下步骤：使用具有聚焦电机(focus motor)的摄像头，收集在一系列离散聚焦电机位置处的校准数据；根据校准数据，生成恒定点本征参数集；根据恒定点本征参数集，确定用于动态建模的本征参数子集；针对本征参数子集中的各个本征参数，执行点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合；至少部分地基于点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合，来生成摄像头的本征参数模型；以及至少部分地基于摄像头的本征参数模型，确定基准标记物在摄像头的视场内的位置。
[0007]根据示例实施方式，确定用于动态建模的本征参数子集的步骤包括：确定哪些本征参数更改基准标记物的位置估计。在一些实施方式中，确定哪些本征参数更改基准标记物的位置估计的步骤包括：扰动恒定点本征参数集中的各个恒定点本征参数，以确定哪些本征参数更改基准标记物的位置估计。在一些实施方式中，执行点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合的步骤包括：使用点本征参数值对照聚焦电机位置的最小二乘多项式回归执行拟合，以生成摄像头的本征参数模型。
[0008]根据一些实施方式，生成摄像头的本征参数模型的步骤还包括：针对本征参数子集，对点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合执行联合细化(joint refinement)。在一些实施方式中，针对本征参数子集，对点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合执行联合细化的步骤包括：针对本征参数子集，对点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合执行基于聚焦的光束平差(bundle adjustment)。根据一些实施方式，使用具有聚焦电机的摄像头来收集在该组离散聚焦电机位置处的校准数据的步骤包括：以不同的取向利用不同的焦距使用摄像头，来捕获多个图像。在一些实施方式中，以不同的取向利用不同的焦距捕获所述多个图像的步骤包括：以不同的取向利用不同的焦距使用摄像头捕获ChArUco板的所述多个图像。
[0009]本文所提供的实施方式包括一种用于对摄像头的本征参数进行建模的设备，该设备包括：摄像头被配置成，采集设置基准标记物的空间的不同取向的多个静态图像；控制系统，该控制系统被配置成：根据所述多个静态图像，确定校准数据；根据校准数据，生成恒定点本征参数集；根据恒定点本征参数集，确定用于动态建模的本征参数子集；针对本征参数子集中的各个本征参数，执行点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合；至少部分地基于点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合，来生成摄像头的本征参数模型；以及至少部分地基于摄像头的本征参数模型，确定基准标记物在摄像头的视场内的位置。
[0010]根据一些实施方式，被配置成确定用于动态建模的本征参数子集的控制系统还被配置成，确定哪些本征参数更改基准标记物的位置估计。一些实施方式的被配置成确定哪些本征参数更改基准标记物的位置估计的控制系统还被配置成，扰动恒定点本征参数集中的恒定点本征参数，以确定哪些本征参数更改基准标记物的位置估计。一些实施方式的被配置成执行点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合的控制系统还被配置成，使用点本征参数值对照聚焦电机位置的最小二乘多项式回归执行拟合，以生成摄像头的本征参数模型。
[0011]根据一些实施方式，被配置成生成摄像头的本征参数模型的控制系统还被配置成，针对本征参数子集，对点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合执行联合细化。在一些实施方式中，被配置成针对本征参数子集，对点本征参数值对照聚焦电机位置的拟合执行联合细化的控制系统还被配置成，针对本征参数子集，对点本征参数值对照聚焦电机位置的
拟合执行基于聚焦的光束平差。一些实施方式的基准标记物是ChArUco板。
[0012]本文所提供的实施方式包括一种用于对摄像头的本征参数进行建模的控制系统，该控制系统被配置成：使用具有聚焦电机的摄像头，收集在一系列离散聚焦电机位置处的校准数据；根据校准数据，生成恒定点本征参数集；根据恒定点本征参数集，确定用于动态建模的本征参数子集；针对本征参数子集中的各个本征参数，执行点本征参数值对照聚焦电机位置的拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对摄像头(22)的本征参数进行建模的方法，所述方法包括以下步骤：使用具有聚焦电机的所述摄像头(22)，收集在一系列离散聚焦电机位置处的校准数据(1、105)；根据所述校准数据，生成恒定点本征参数集(2、127)；根据所述恒定点本征参数集，确定用于动态建模的本征参数子集(3、130)；针对所述本征参数子集中的各个本征参数，执行点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的拟合(4、145)；至少部分地基于所述点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的所述拟合，来生成所述摄像头的本征参数模型(5、170)；以及至少部分地基于所述摄像头的所述本征参数模型，确定基准标记物(16)在所述摄像头(22)的视场内的位置(6)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定用于动态建模的所述本征参数子集的步骤(3、130)包括：确定哪些本征参数更改所述基准标记物的位置估计(135)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定哪些本征参数更改所述基准标记物的位置估计的步骤(135)包括：扰动所述恒定点本征参数集中的各个恒定点本征参数，以确定哪些本征参数更改所述基准标记物的所述位置估计(140)。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行所述点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的拟合的步骤(145)包括：使用所述点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的最小二乘多项式回归执行所述拟合，以生成所述摄像头的所述本征参数模型(150)。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，生成所述摄像头的所述本征参数模型的步骤(5、170)还包括：针对所述本征参数子集对所述点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的拟合执行联合细化(160)。6.根据权利要求5所述的方法，其中，针对所述本征参数子集对所述点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的拟合执行联合细化的步骤(160)包括：针对所述本征参数子集，对所述点本征参数值对照所述一系列离散聚焦电机位置的拟合执行基于聚焦的光束平差(165)。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用具有所述聚焦电机的所述摄像头(22)收集在所述一系列离散聚焦电机位置处的所述校准数据的步骤(1、105)包括：以不同的取向利用不同的焦距使用所述摄像头(22)捕获多个图像(110)。8.根据权利要求7所述的方法，其中，以不同的取向利用不同的焦距使用所述摄像头(22)捕获所述多个图像的步骤(110)包括：以不同的取向利用不同的焦距使用所述摄像头来捕获ChArUco板(54)的所述多个图像(115)。9.一种用于对摄像头(22)的本征参数进行建模的设备，所述设备包括：所述摄像头(22)，所述摄像头(22)被配置成采集设置有基准标记物(16)的空间的不同取向的多个静态图像(115)；控制系统(28)，所述控制系统被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：