自動化標定板的製作方法

2023-06-01 22:20:26

本實用新型涉及一種標定板，尤其是一種自動化標定板。

背景技術：

標定過程就是已知標定控制點的世界坐標和像素坐標我們去解算這個映射關係，一旦這個關係解算出來了我們就可以由點的像素坐標去反推它的世界坐標。通過相機拍攝帶有固定間距圖案陣列平板、經過標定算法的計算，可以得出相機的幾何模型，從而得到高精度的測量和重建結果，其中，帶有固定間距圖案陣列的平板就是標定板(Calibration Target)。標定板已在機器視覺、圖像測量、攝影測量、三維重建等領域中廣泛應用。現有的標定板，均需要人工預先設定標定板格式，使得標定過程複雜。

技術實現要素：

為了克服上述缺陷，本實用新型提供一種自動化標定板，所述自動化標定板用於機器視覺中對相機的內部參數進行標定，可減少標定過程的人員幹預，實現自動化標定。

本實用新型為了解決其技術問題所採用的技術方案是：一種自動化標定板，設有黑白交錯的棋盤格圖樣，其中白格和黑格均為正方形，棋盤格圖樣沿X軸和Y軸每間隔一個相同格數(q)設有一個m*m(m≥2，m為偶數)格子大小的無黑格區域，無黑格區域內設有標識符，不同無黑格區域內的標識符系通過10個圓點標記在其位置上是否存在表現為不同的形態，所述10個圓點標記的位置設定為上下四排且呈正三角形排列，其中，1號圓點標記單獨位列於最上面一排且固定存在於三角形的上頂點，2號、3號圓點標記左右且錯位排列於1號圓點標記的下方，4號、5號和6號圓點標記從左至右依序且錯位排列於2號、3號圓點標記的下方，7號、8號、9號、10號圓點標記從左至右依序且錯位排列於4號、5號和6號圓點標記的下方。

作為本實用新型的進一步改進，所述1號、2號和3號圓點標記組成一個最小的正三角形，1號-2號、2號-3號、3號-1號的連線組成最小正三角形的三個邊。

作為本實用新型的進一步改進，所述1號至6號圓點標記組成一個中等大小的正三角形，1號-2號-4號、4號-5號-6號以及6號-3號-1號的連線組成中等大小正三角形的三個邊，且2號、4號和5號圓點標記以及3號、5號和6號圓點標記分別組成如1號、2號和3號圓點標記那樣大小的正三角形。

作為本實用新型的進一步改進，所述1號至10號圓點標記組成一個最大的正三角形，1號-2號-4號-7號、7號-8號-9號-10號以及10號-6號-3號-1號的連線組成最大正三角形的三個邊，且4號、7號和8號圓點標記以及5號、8號和9號圓點標記還有6號、9號和10號圓點標記分別組成如1號、2號和3號圓點標記那樣大小的正三角形。

作為本實用新型的進一步改進，所述相同格數(q)為10。

本實用新型的有益效果是：本實用新型自動化標定板用於機器視覺中對相機的內部參數進行標定，相機能夠根據標定板無黑格區域內圓點標記的是否存在判定標定板的正反、方向以及坐標，實現自動化標定，可減少標定過程的人員幹預。

附圖說明

圖1為本實用新型自動化標定板的棋盤格示意圖。

圖2為本實用新型自動化標定板上10個圓點標記的位置排布圖。

圖3為根據本實用新型自動化標定板的圓點標記判定方向的示意圖。

圖4為根據本實用新型自動化標定板的圓點標記判定正反的示意圖。

圖5為根據本實用新型自動化標定板的圓點標記判定坐標的示意圖。

圖6-圖9分別以本實用新型自動化標定板的坐標(0,0)、(0,1)、(1,0)和(1,1)舉例，說明對應的10個圓點標記顯示狀態圖，其中，bit8-bit0分別對應於2-10號圓點標記。

具體實施方式

一種自動化標定板，設有黑白交錯的棋盤格圖樣，其中白格和黑格均為正方形。棋盤格圖樣沿X軸和Y軸每間隔一個相同格數(q)設有一個m*m(m≥2，m為偶數)格子大小的無黑格區域。無黑格區域內設有標識符，不同無黑格區域內的標識符系通過10個圓點標記在其位置上是否存在表現為不同的形態。所述10個圓點標記的位置設定為上下四排且呈正三角形排列，其中，1號圓點標記單獨位列於最上面一排且固定存在於三角形的上頂點，2號、3號圓點標記左右且錯位排列於1號圓點標記的下方，4號、5號和6號圓點標記從左至右依序且錯位排列於2號、3號圓點標記的下方，7號、8號、9號、10號圓點標記從左至右依序且錯位排列於4號、5號和6號圓點標記的下方。簡言之，10個圓點標記的位置是固定的，但是不確定是否存在於該位置上。

所述1號、2號和3號圓點標記組成一個最小的正三角形，1號-2號、2號-3號、3號-1號的連線組成最小正三角形的三個邊。

所述1號至6號圓點標記組成一個中等大小的正三角形，1號-2號-4號、4號-5號-6號以及6號-3號-1號的連線組成中等大小正三角形的三個邊，且2號、4號和5號圓點標記以及3號、5號和6號圓點標記分別組成如1號、2號和3號圓點標記那樣大小的正三角形。

所述1號至10號圓點標記組成一個最大的正三角形，1號-2號-4號-7號、7號-8號-9號-10號以及10號-6號-3號-1號的連線組成最大正三角形的三個邊，且4號、7號和8號圓點標記以及5號、8號和9號圓點標記還有6號、9號和10號圓點標記分別組成如1號、2號和3號圓點標記那樣大小的正三角形。

優選實施方式中，所述相同格數(q)為10。

標定過程中，相機通過拍攝到的標定板照片上無黑格區域內各個圓點標記的是否存在而判定標定板的正反、方向以及坐標三個方面的信息，從而能夠完成標定板的物理坐標到相機的像素坐標之間的映射，實現自動化標定。

本實用新型自動化標定板涉及的自動化標定方法，包括如下步驟：

(1)相機對本實用新型所述的自動化標定板拍照；

(2)相機對拍攝到的自動化標定板照片進行圖像分析；以及

(3)標定相機。

所述步驟(2)中，標定板方向的判定方法為：所述1號圓點標記朝向最大正三角形底邊的向下方向為Y軸的正方向，1號圓點標記的左右方向為棋盤格坐標的X軸方向，且無黑格區域正上方的黑格到白格的方向為X軸的正方向。

所述步驟(2)中，標定板正反的判定方法為：如X軸的正方向與7號到10號圓點標記方向相反，則判定標定板被翻轉。(解碼翻轉的標定板，需要交換2號與3號、4號與6號、7號與10號、8號與9號圓點標記的位置)

所述步驟(2)中，標定板坐標的判定方法為：根據3號、4號、5號、6號圓點標記是否存在表示成第一組二進位數據，存在即表示該位權係數為1，不存在即表示該位權係數為0，所述第一組二進位數據轉化成第一組十進位數據後與q的乘積判定為棋盤格坐標的X軸值；根據7號、8號、9號、10號圓點標記是否存在表示成第二組二進位數據，存在即表示該位權係數為1，不存在即表示該位權係數為0，所述第二組二進位數據轉化成第二組十進位數據後與q的乘積判定為棋盤格坐標的Y軸值。

所述步驟(2)中，還包括汙損的判定，方法為：若2號至10號圓點狀標識存在的數目為奇數，說明標識符被損壞。2號圓點標記僅能夠判斷奇數個汙損，但是不能判定偶數個汙損。

圖6-圖9系分別以本實用新型自動化標定板的坐標(0,0)、(0,1)、(1,0)和(1,1)舉例，說明對應的10個圓點標記顯示狀態圖，其中，bit8-bit0分別對應於2-10號圓點標記。

圖6為坐標(0,0)的10個圓點標記顯示圖，bit7-bit0均為0，即3號、4號、5號、6號圓點標記表示的二進位數據為0000，7號、8號、9號、10號圓點標記表示的二進位數據亦為0000，轉化為十進位，則為原點(0,0)，此時，對應於2號圓點標記的bit8也為0，2號圓點標記不顯示為黑。

圖7為坐標(0,1)點的10個圓點標記顯示圖，bit7-bit1均為0且bit0為1時，即3號、4號、5號、6號圓點標記表示的二進位數據為0000，7號、8號、9號、10號圓點標記表示的二進位數據為0001，轉化為十進位，則為坐標點(0,1)，因為3-10號圓點標記中有奇數個(1個)圓點標記顯示為黑，此時，對應於2號圓點標記的bit8為1，2號圓點標記亦顯示為黑。

圖8為坐標(1,0)點的10個圓點標記顯示圖，bit7-bit5、bit3-bit0均為0且bit4為1時，即3號、4號、5號、6號圓點標記表示的二進位數據為0001，7號、8號、9號、10號圓點標記表示的二進位數據為0000，轉化為十進位，則為坐標點(1,0)，因為3-10號圓點標記中有奇數個(1個)圓點標記顯示為黑，此時，對應於2號圓點標記的bit8為1，2號圓點標記亦顯示為黑。

圖9為坐標(1,1)點的10個圓點標記顯示圖，bit7-bit5、bit3-bit1均為0且bit4、bit0為1時，即3號、4號、5號、6號圓點標記表示的二進位數據為0001，7號、8號、9號、10號圓點標記表示的二進位數據亦為0001，轉化為十進位，則為坐標點(1,1)，因為3-10號圓點標記中有偶數個(2個)圓點標記顯示為黑，此時，對應於2號圓點標記的bit8為0，2號圓點標記不顯示為黑。

所述自動化標定方法省略了預先人工設定標定板格式的步驟，而是在對拍攝到的自動化標定板照片進行圖像分析過程中實現自動化標定，本案特點為可減少標定過程的人員幹預。