[发明专利]一种摄像机标定系统及其标定方法

说明书

本发明提供了一种摄像机标定系统，其标定平台包括X轴平移机构、Y轴平移机构、Z轴平移机构、X轴旋转机构、Y轴旋转机构、Z轴旋转机构以及固定平台，具备6自由度。同时提供了一种摄像机标定系统的标定方法，依据标定平台的尺寸参数建立各轴坐标系，通过各轴编码器记录各轴位置可得到任意时刻标定板或参照物的位置和方向，进一步可实现标定板或参照物任意方向的平移和转动。本发明可代替机器人平台实现摄像机的内外参数的标定，并且不需要机器人与摄像机末端固连的定制夹具，可方便的使用传统标定法和自标定方法，具有操作简单，使用灵活，并且相对机器人移动摄像机的工作方式，通过移动标定板或参照物进行标定的误操作机率也大大降低。

技术领域

本发明涉及摄像机标定技术领域,特别涉及一种摄像机标定系统及其标定方法。

背景技术

摄像机被用于机器视觉系统中获取目标图像以实现对物体的重建与识别等功能。实现上述功能的前提是建立空间物体上某点的三维信息与其在图像中二维坐标信息之间的几何模型，而几何模型的参数即为摄像机的内外参数以及摄像机的光平面方程。内外参数以及光学参数的需通过实验与计算标定得到，因此参数标定的精度直接影响机器视觉的精度。

目前，针对摄像机的标定已提出多种方法，一般分为两类：即摄像机的传统标定方法和自标定方法。传统标定方法是基于特定的标定块过对参照物图像进行图像处理以及数学求解求取摄像机的模型参数，主要包括经典Faugeras标定法、张正友标定法、Tsai标定法等，上述方法都需要通过摄像机在相对标定块处于若干不同的位姿状态获下取标定块特征信息，所不同只是数学几何模型以及求解方法的区别。例如张正友标定法要求摄像机在至少二个不同的方位拍摄一平面标定板，并假定标定板在世界坐标系中Z＝0，通过线性模型分析计算得出计算机参数的优化初始解，而后使用最大似然法进行线性求精，同时考虑镜头的径向畸变，进一步求解得到摄像机的内、外参数。自标定方法仅利用摄像机在运动的过程中周围环境图像与图像之间的对应关系对摄像机进行标定，主要包括基于主动视觉的自标定方法、基于绝对二次曲面或二次曲线的自标定法等。例如基于马颂德提出的两组三正交方法,将相机固定在机器人末端,控制摄像机做两组已知的三个方位正交运动,利用汇集点方向向量与正交方向平行的原理,建立内参数的线性方程组,进而求得相机的内参数。

由此可见无论摄像机的自标定还是传统的标定方法都需要控制摄像机或者标定板在三维空间做适当平移或旋转运动，以获得不同的摄像机拍摄位姿。目前最常用的方法是将摄像机固定在机器人末端，因为通过机器人可以尽可能多的变换摄像机的位姿，以提高传统标定法的标定精度；且也可控制摄像机沿要求方向运动以实现自标定方法。但在很多情况下不需要标定摄像机与机器人的手眼关系，只是为了标定摄像机的内参数而使用机器人；且使用机器人的摄像机标定不仅需要定制摄像机与机器人末端的固定夹具，同时使得标定的灵活性较差，工作现场若没有机器人则无法开展标定；再者由于直接控制的是机器人末端的位姿而非摄像机的位姿，在做旋转运动时容易出现误操作，即使得标定板(参照物)超出摄像机的视野范围，需要平移机器人做补偿使标定板(参照物)重新回到视野内，如此反复操作耗时且不方便。因此，有必要提供一种新的标定系统，以解决上述使用机器人平台标定时出现的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对使用机器人平台标定摄像机内参数时存在的不足和缺陷，提供一种可实现任意旋转和平移标定板(参照物)的摄像机标定系统(等效于摄像机位姿变化)及其标定方法。平台具备体积小方便搬运特点，同时因为标定时摄像机静止，省去了摄像机-机器人固定的定制夹具，相对于机器人平台使用更为灵活；直接旋转平台上的标定板(参照物)也可减少丢失对应图像的可能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种摄像机标定系统，包括标定平台，所述标定平台包括X轴平移机构、Y轴平移机构、Z轴平移机构、X轴旋转机构、Y轴旋转机构、Z轴旋转机构以及固定平台；其中：