[發明專利]一種視覺跟蹤組件安裝參數標定裝置和方法

有效

• 申請號: 202010198399.4
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111489399B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 彭慧伶;孫長庫;王鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

本發明公開了一種視覺跟蹤組件安裝參數標定裝置和方法，包括相機安裝支架、目標安裝支架、二維轉臺、數據采集模塊、標定計算機。控制二維轉臺轉動，在每個轉動位置處，利用數據采集模塊采集二維轉臺的姿態數據和視覺跟蹤系統輸出的姿態數據并將數據發送給標定計算機；標定計算機采用擴展卡爾曼濾波算法將視覺跟蹤組件的安裝參數標定轉換為狀態估計，以待標定的視覺跟蹤組件安裝參數作為狀態變量，將二維轉臺輸出的姿態數據進行轉換，以得到的姿態矩陣元素作為量測向量，利用視覺跟蹤系統姿態解算數據和上一時刻的狀態變量構造一階線性化的量測矩陣。本發明通過將視覺跟蹤系統引入標定流程構成閉環，可消除未建模誤差，提高標定精度。

技術領域

本發明屬于機器人和VR/AR等領域中的運動跟蹤技術，涉及一種視覺跟蹤組件安裝參數的標定裝置和方法。

背景技術

運動跟蹤技術是機器人和VR/AR等領域中的重要研究內容之一，用于確定運動目標相對于所在環境的位移和姿態等運動信息。視覺跟蹤系統是指將視覺跟蹤相機安裝在環境中，將預先設計好的圖案安裝在運動目標上或采用運動目標自身特征作為跟蹤靶標，在目標運動時，利用視覺相機對目標上的靶標進行成像探測，經過圖像處理和視覺算法解算，實時跟蹤運動目標相對于環境的位姿變化信息。

視覺跟蹤組件包括靶標和跟蹤相機，一般靶標經過精密設計和加工，其精度可以滿足要求，但其在運動目標上的安裝與跟蹤相機在固定環境中的安裝均會不可避免地存在誤差。

目前現有的視覺跟蹤系統標定裝置和方法存在如下問題：

1)僅對跟蹤相機內外參數進行單獨標定，一般采用三維立體或二維平面精密靶標，且假設靶標的位置和姿態精確可控或已知，而沒有考慮靶標的實際安裝誤差；

2)沒有將視覺跟蹤系統的解算結果作為標定的反饋信息，以構成在正常工作模式下的標定閉環，沒有考慮跟蹤系統的過程噪聲和測量噪聲統計特性，無法考慮和消除其他未知或未建模的誤差源。

3)機器人手眼標定一般需要利用末端執行器具有較多旋轉自由度以執行特定運動，對于相機安裝在固定平臺上的應用來說無法滿足標定條件。

因此，對于許多尤其是高精度的運動跟蹤應用來說，目前的標定裝置和方法無法滿足使用要求，有必要提出新的視覺跟蹤系統標定裝置和方法，以獲得視覺跟蹤組件的精確安裝參數。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種視覺跟蹤組件安裝參數的標定裝置和方法，以滿足高精度運動跟蹤應用的需求。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種視覺跟蹤組件安裝參數的標定裝置，包括相機安裝支架(1)、目標安裝支架(2)、二維轉臺(3)、數據采集模塊(4)、標定計算機(5)；

相機安裝支架(1)用于固定跟蹤相機，使其光軸在固定參考坐標系中朝向合適的方向；

被跟蹤目標通過目標安裝支架(2)固定在二維轉臺(3)上，在被跟蹤目標上安裝有靶標；

數據采集模塊(4)用于采集二維轉臺的姿態數據和視覺跟蹤系統的姿態數據；

標定計算機(5)用于控制二維轉臺(3)的轉動姿態、接收數據采集模塊(4)采集的數據并進行視覺跟蹤組件安裝參數的計算。

采用上述標定裝置進行視覺跟蹤組件安裝參數標定的方法如下：

控制二維轉臺(3)轉動N個位置，使相機能夠對靶標進行成像；

在二維轉臺(3)的每個轉動位置處，利用數據采集模塊(4)采集二維轉臺(3)的姿態數據和視覺跟蹤系統輸出的姿態數據，并將采集的數據發送給標定計算機(5)；