[发明专利]一种基于阵列式特征图形的位置补偿方法和系统

说明书

本申请提供一种基于阵列式特征图形的位置补偿方法和系统。该方法包括：在带有基准圆点和参考圆点的标定板中选取四个外围的基准圆点，并依次连接构成基准四边形；计算对应行或列的参考圆点到对应的基准边的距离；统计距离的最大值作为阈值；根据四个外围的基准圆点与工件对应的基准点，求解仿射变换矩阵；对所有的参考圆点的轮廓按照求解得到的矩阵进行仿射变换，得到椭圆拟合中心，并对仿射变换后的轮廓轨迹进行基于圆轮廓的拟合得到圆拟合中心；根据阈值，以及椭圆拟合中心和圆拟合中心进行位置补偿，去除定位误差，得到标定板圆拟合中心坐标；根据仿射变换矩阵对位置补偿后的参考圆点进行重映射，得到补偿后的实际位置。本申请中提高了相机的标定精度。

技术领域

本申请涉及计算机视觉-相机标定技术领域，尤其涉及一种基于阵列式特征图形的位置补偿方法和系统。

背景技术

计算机视觉是一门关于如何运用照相机和计算机来获取我们所需的，被拍摄对象的数据与信息的学问，而相机标定是建立相机图像像素位置与世界坐标系中对应物体间的映射关系。所以相机标定是计算机视觉的基础，标定结果的准确性会直接影响到整个视觉系统的定位精度。

相机标定主要由图像采集，特征点提取，相机标定三个方面组成。

相机标定技术中的特征点提取根据标定板形式不同，主要分为基于棋盘格的亚像素化的角点位置提取和基于圆形标定板的圆心位置提取这两类。而圆形标定板在抗噪声和抗模糊性上要优于棋盘格标定板，并且可避免由棋盘格角点处像素变化导致的检测精度下降的原因，在高精度要求较高的场合通常选用圆形标定板。

圆形标定板在提取特征点时，需要根据特征轮廓进行基于圆、椭圆或其他方式的拟合，得到轮廓中心点。将中心点作为特征点直接带入相机标定算法，从而得到相机的内、外参以及畸变系数。这样的处理过程决定了特征点的定位精度会过于依赖图形拟合精度。并且当标定板存在姿态变化，其所在平面与相机的像平面存在夹角时，受到透视变换的影响，其特征点的定位精度会降低。

发明内容

基于上述目的，本申请提出了一种基于阵列式特征图形的位置补偿方法，包括：

在带有基准圆点和参考圆点的标定板中选取四个外围的基准圆点，并依次连接构成基准四边形；

计算对应行或列的参考圆点到对应的基准边的距离；

统计所述距离的最大值作为阈值；

根据所述四个外围的基准圆点与工件对应的基准点，求解仿射变换矩阵；

对所有的参考圆点的轮廓按照所述求解得到的矩阵进行仿射变换，得到椭圆拟合中心，并对仿射变换后的轮廓轨迹进行基于圆轮廓的拟合得到圆拟合中心；

根据所述阈值，以及所述椭圆拟合中心和圆拟合中心进行位置补偿，去除定位误差，得到标定板圆拟合中心坐标；

根据所述仿射变换矩阵对位置补偿后的参考圆点进行重映射，得到补偿后的实际位置。

进一步地，所述标定板包括：

五个基准圆点和多个参考圆点，且圆点区域与背景颜色互为反色；其中，

五个基准圆点之中，其中四个外围的基准圆点的连线构成具有透视关系的四边形，作为所有参考圆点的基准，且外围的基准圆点布置在所述标定板的中心区域；第五个基准点位于下侧两个外围的基准圆点的中间位置，设置为标定板坐标系的原点，用于记录标定板的位姿信息和参考圆点的排序信息。

进一步地，所述标定板上的参考圆点以阵列式排布，各行平行，各列平行，行与列之间相互垂直，参考圆点与参考圆点间以等距离间隔。

进一步地，使用向量点积的方式计算对应行或列的参考圆点到对应的基准边的距离。

进一步地，所述求解仿射变换矩阵的公式如下：