[發明專利]一種基于視覺引導的自動化標定系統

在審

• 申請號: 202011422320.8
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112669389A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 程俊;張能波;郭海光
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 耿慧敏

本發明公開了一種基于視覺引導的自動化標定系統。該系統包括：標定車、旋轉控制云臺、多面標定板、多個相機、數據采集控制模塊，其中，多面標定板連接旋轉控制云臺，數據采集控制模塊用于控制標定車負載著多面標定板進行移動，并在移動到相鄰兩相機的重疊視場時控制對應相機對多面標定板進行拍攝，獲取多面標定板的圖像數據；數據采集控制模塊將拍攝獲得的圖像數據按照相機編號和多面標定板位置編號進行存儲，并對多面標定板的角點進行檢測，獲得相機間相對姿態。本發明可實現整個標定過程的自動化，可解決相機之間無重疊視場的情況，操作簡便的同時獲得了較高的標定精度。

技術領域

本發明涉及圖形和圖像處理技術領域，更具體地，涉及一種基于視覺引導的自動化標定系統。

背景技術

面對工業制造生產線更具柔性，加工任務更加復雜多變的趨勢，多機器人協作系統正在快速發展。在多機器人協作問題中，多相機聯合標定技術被用于求解多機器人之間的相對位姿關系(R,T)。

目前相機標定技術大致可分為兩類：

第一類：利用專門制作的標定板來確定相機參數。常用的傳統相機標定法包括：Faugeras標定法，Tsai兩步法，張正友平面標定法。Faugeras標定法的線性模型相機標定是基于線性方程組的最小二乘問題。Tsai標定法需要預先得到一部分參數值，先通過線性方法求解出部分參數，再通過非線性優化求解出剩余相機參數。張正友標定法利用平面標定板在不同視角下的多幅圖像，依據設計的單應矩陣，標定得到相機參數。

第二類：自標定法，即根據相機運動過程中所產生的兩圖像間的對應關系進行標定。如基于無窮遠平面、絕對二次曲面的自標定方法、基于Kruppa方程的自標定方法等。自標定法不依賴于標定參考物，靈活性較高，但是約束條件強，且標定精度低，魯棒性不足。

經分析，盡管傳統相機標定法精度較高，操作較為簡便，但對標定物的精度要求較高。此外，對于多相機標定，目前的方案一般需要相機之間存在重疊視場，或者是在一個已知結構的場景中。這并不能滿足復雜工況下，標定場景復雜且相機之間無重疊視場的情況。

例如，專利申請CN110689585A公開了一種多相機外參的聯合標定方法、裝置、設備和介質。具體實現方案為：確定各個相機的共視區域，并在共視區域的圖像中獲得2D驗證點集；對每個相機分別進行外參標定；分別利用所述各相機的當前外參計算每隔驗證點的3D坐標，并根據3D坐標計算損失函數；依據所述損失函數進行聯合標定，得到各相機最終的外參。

又如，專利申請CN110766759A公開了一種無重疊視場的多相機標定方法及裝置。具體實現方案為：將標定板放置于每個相機的視野中；計算每個相機坐標系到標定板的位姿關系；利用雙經緯儀三維坐標測量系統分別測量每個標定板在上任意n個點在經緯儀坐標下的三維坐標；然后利用3D-3D位姿估計迭代最近點法求解兩個標定板之間的位姿關系；利用相機測量的相機與標定板之間的位姿關系，以及經緯儀標定的兩個標定板之間的位姿關系計算兩個相機之間的關系。

綜上，多相機聯合標定是一種利用計算機視覺技術獲取相機內參，以及多相機間相對姿的技術。該技術被大量運用于多機器人協作系統中，但現有方案常常受限于具體場景、標定流程復雜、耗時耗力；且不能很好的滿足相機間無重疊視場的情況。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的缺陷，提供一種基于視覺引導的自動化標定系統，針對多相機聯合標定，無需所有相機之間存在重疊視場，并實現了標定過程的自動化。

根據本發明的第一方面，提供一種基于視覺引導的自動化標定系統。該系統包括：標定車、旋轉控制云臺、多面標定板、多個相機、數據采集控制模塊，其中，多面標定板連接旋轉控制云臺，數據采集控制模塊用于控制標定車負載著多面標定板進行移動，并在移動到相鄰兩相機的重疊視場時控制對應相機對多面標定板進行拍攝，獲取多面標定板的圖像數據；數據采集控制模塊將拍攝獲得的圖像數據按照相機編號和多面標定板位置編號進行存儲，并對多面標定板的角點進行檢測，獲得相機間相對姿態。