[发明专利]基于混联机构的相机自动标定系统及其相机自动标定方法

说明书

本发明涉及一种基于混联机构的相机自动标定系统及其相机自动标定方法，混联机构通过3PRRR三移动并联机构和3RRR三转动并联机构串联而成，将混联机构运动过程中的运动参数带入到标定算法过程实现标定。安装于混联机构动平台的标定板可进行六自由度运动，用混联机构实现标定图像完成自动采集过程，同时利用混联机构自身的高精度和稳定性的特点，获取每张标定板运动之间的变换矩阵，带入到标定过程中，来使得相机标定算法中的参数更加精准。同时对标定结果误差进行评估，设定阈值，自动剔除误差较大图像，直到标定结果满足要求，才会停止标定，实现相机标定的全自动过程。

技术领域

本发明属于相机标定领域，具体地，涉及一种基于混联机构的相机自动标定系统及其相机自动标定方法。

背景技术

物体表面某点的三维场景信息与其在图像中对应点之间的映射关系是由摄像机成像的几何模型决定的，几何模型参数就是摄像机标定过程中的内部参数。这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程称为摄像机标定。摄像机标定在理论和实践应用中都具有重要价值，学术界对其进行了广泛的研究。

相机标定是图像测量和三维重建的重要步骤，也一直是计算机视觉、虚拟现实、人工智能等领域的研究难点与热点。它广泛地应用于物体尺寸测量、空间定位、视觉导航等领域。根据标定方式的不同，相机标定方法主要分为传统标定方法、自标定方法和基于主动视觉的标定方法。传统的标定方法虽然精度高，但标定过程复杂，需要借助棋盘等辅助工具实现；自标定方法在其推广应用的过程中因精度问题而有待研究与讨论；基于主动视觉的标定方法鲁棒性较高、计算简单，但系统成本高。

发明内容

针对现有传统标定方法操作过于复杂，且自动化程度较低，本发明提供一种基于混联机构的相机自动标定系统及其相机自动标定方法，采用三移并联机构与三转并联机构相结合的混联机构作为执行机构，实现末端动平台在空间中的三移动和三转动，在动平台末端安装相机标定板，使用相机对标定板进行标定，并且在相机标定过程中，使用一种新的标定方法：根据相机的初步标定参数规划标定板运动轨迹，之后将标定机构平移矩阵和旋转矩阵加入标定过程中，获得更准确的标定参数。从而全自动的实现相机的标定过程。

本发明是这样实现的：一种基于混联机构的相机自动标定系统，其包括3PRRR并联机构、控制器终端、3RRR并联机构、型材框架、相机、相机支架和相机标定板，所述3PRRR并联机构中三条PRRR分支的两端分别与型材框架、3PRRR并联平台相连，3RRR并联机构中三条RRR分支的两端分别与3PRRR并联平台、3RRR并联平台相连，两个并联机构以串联形式构成六自由度混联机构；所述3PRRR分支包括滑轨、滑块、转动副A、连杆A、转动副B和连杆B，滑块的第一端与丝杠相连且能与滑轨构成移动副，滑块的第二端通过转动副A与连杆A的第一端相连，连杆A的第二端通过转动副B与连杆B的第一端相连，连杆B的第二端通过转动副C与3PRRR并联平台相连；所述RRR分支包括连杆C、转动副E、连杆D和转动副F，所述连杆C的第一端与转动副D相连，连杆C的第二端通过转动副E与连杆D的第一端相连，所述连杆D的第二端通过转动副F与3RRR并联平台相连，相机标定板固定于3RRR并联平台；所述转动副D内嵌套有多层圆管与滑动轴承，其与三个从动齿轮同轴线装配，三个从动齿轮分别与三个主动齿轮啮合，三个齿轮分别通过三个舵机驱动；所述相机支架两侧对称设置有两个旋转螺栓，旋转螺栓与胶皮垫同轴线相连，胶皮垫的第一端与旋转螺栓固连，胶皮垫的第二端与相机弹性接触。

优选地，所述型材框架为长方体，其包括十二个型材，且相邻的三个型材间互相垂直，相邻型材间通过型材上的条形凹槽和螺丝螺母连接进行固定；所述控制器终端固连于型材框架上。

优选地，三组滑轨、丝杠分别安装于型材框架的长边、宽边和高边上，丝杠与电机同轴线相连，型材框架的长边、宽边和高边相互垂直。