一种基于参照物的多相机标定方法及装置与流程

本发明涉及标定物标定领域，尤其涉及一种基于参照物的多相机标定方法及装置。

背景技术：

现有的标定方法标定精度不高，对相机之间的位置关系有限定，标定方法复杂。

在利用多个工业相机对物体进行测量之前，必须要先确定相机之间的位置关系。现有标定方法中自标定技术不需要制作特定的参照物，靠获取自然场景中的信息进行标定，标定精度不高。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于参照物的多相机标定方法及装置，解决了现有的标定方法标定精度不高，对相机之间的位置关系有限定，标定方法复杂的技术问题。

本发明实施例提供的一种基于参照物的多相机标定方法，包括：

S1：接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；

S2：通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；

S3：通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系。

优选地，所述步骤S1具体包括：

接收任意多个相机对预置在任意多个相机中间位置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点。

优选地，所述步骤S2具体包括：

通过任意多个相机中两个相机获得的在对应相机的局部坐标系中不同的至少三个共同特征点，通过坐标系的转换获得有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系。

优选地，所述步骤S3具体包括：

通过有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系，接收任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据。

优选地，所述步骤S3之后还包括：

将任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据通过坐标系的转换显示到所述全局坐标系中，对任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据进行拼接，获得被测物的三维模型。

本发明实施例提供的一种基于参照物的多相机标定装置，包括：

接收单元，用于接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；

第一获取单元，用于通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；

第二获取单元，用于通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系。

优选地，所述接收单元具体包括：

第一接收子单元，用于接收任意多个相机对预置在任意多个相机中间位置的参照物进行测量的信息；

第一获取子单元，用于获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点。

优选地，所述第一获取单元具体包括：

第二获取子单元，用于通过任意多个相机中两个相机获得的在对应相机的局部坐标系中不同的至少三个共同特征点，通过坐标系的转换获得有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系。

优选地，所述第二获取单元具体包括：

第三获取子单元，用于通过有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系；

第二接收子单元，用于接收任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据。

优选地，还包括：

第三获取单元，用于将任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据通过坐标系的转换显示到所述全局坐标系中，对任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据进行拼接，获得被测物的三维模型。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定方法及装置，其中一种基于参照物的多相机标定方法包括：S1：接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；S2：通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；S3：通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系。本实施例中，通过S1：接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；S2：通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；S3：通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系解决了现有的标定方法标定精度不高，对相机之间的位置关系有限定，标定方法复杂的技术问题。本发明参照物特征明显，且易获取，标定精度高。本发明对各相机之间的位置关系没有要求，任意位置相机都可以进行标定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定方法的一个实施例的流程示意图；

图2本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定方法的另一个 实施例的流程示意图；

图3本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定装置的一个实施例的结构示意图；

图4本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定装置的另一个实施例的结构示意图；

图5本发明实施例提供的一种参照物四周的相机和激光模块的位置示意图；

图6(a)本发明实施例提供的一种参照物特征点的示意图；

图6(b)本发明实施例提供的一种参照物特征点的示意图；

图7本发明实施例提供的一种坐标转换图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于参照物的多相机标定方法及装置，用于解决现有的标定方法标定精度不高，对相机之间的位置关系有限定，标定方法复杂的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定方法的一个实施例包括：

101、接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；

102、通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；

103、通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系。

上面是对一种基于参照物的多相机标定方法的过程进行详细的描述，下面将对一种基于参照物的多相机标定方法的具体过程进行详细的描述，请参 阅图2，本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定方法的另一个实施例包括：

201、接收任意多个相机对预置在任意多个相机中间位置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；

本发明是一种对多个相机之间位置关系进行标定的方法，利用已知参照物，各相机对参照物进行测量，获取到特殊点。

如图5所示，将参照物放置在四个相机模块的中间位置，然后进行测量获取到参照物的特征点；如图6(a)、6(b)所示，相机①获取到点1、2、3、10、11、12，相机②获取到1、2、3、4、5、6，相机③获取到4、5、6、7、8、9，相机④获取到7、8、9、10、11、12。

202、通过任意多个相机中两个相机获得的在对应相机的局部坐标系中不同的至少三个共同特征点，通过坐标系的转换获得有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系；

然后通过对特殊点进行算法处理，通过任意多个相机中两个相机获得的在对应相机的局部坐标系中不同的至少三个共同特征点，通过坐标系的转换获得有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系。

其中三维坐标系转换公式：

设有两个空间直角坐标系分别为O-XYZ和O′-X′Y′Z′(如图7所示)，其坐标系原点不一致。存在三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ；它们间的坐标轴也相互不平行，存在三个旋转参数ε_x、ε_y、ε_z。同一点A在两个坐标系中的坐标分别为(X，Y，Z)和(X′，Y′，Z′)。

通过坐标轴的平移和旋转变换，两个坐标系可取得一致。转换关系如下：

其中，λ为两个坐标系之间的尺度比例因子。

其中R为旋转矩阵，[ΔX，ΔY，ΔZ]^T为平移矩阵，因此只要求出ΔX，ΔY，ΔZ，ε_x，ε_y，ε_z，λ这7个转换参数，或者之间求出旋转矩阵和平移矩阵，就可以实现两个坐标系之间的转换。为了求解坐标系之间的转换参数，通常是提供一定数量的具有两套坐标的公共点，数量至少3个。数量越多越精确。

如图5所示，本实施例中提供的一种多相机标定装置由四个相机模块组成，每个相机模块都有自己的局部坐标系，如何确定四个局部坐标之间的位置关系是本发明要实现的。参照物如图6所示，在标定过程中，每个相机都能获得参照物表面大量的数据点，包括参照物图中指出的12个点其中的6个。每两个相机模块之间都存在共同的3个特征点，特征点在参照物的图6中标明出来了，即进行编号了的12个点。可以看出特征点是曲率变化比较大的点。这3个点在两个相机模块的局部坐标系中是不同的，通过数学计算，算出两个局部坐标系的位置关系。然后编程实现该计算。所有上述所提到的算法是通过编程实现计算各局部坐标系的位置关系。

如图5和图6，相机①和相机②根据点1、2、3进行算法计算。获得彼此的位置关系。同理，相机②和相机③根据点4、5、6，获得彼此位置关系。相机③和相机④根据点7、8、9，获得彼此位置关系。相机④和相机①根据点10、11、12，获得彼此位置关系。

203、通过有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系，接收任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据；

由于各个相机模块都处于各自的局部坐标系，要想把各个相机模块测量的数据拼接起来。必须要拼接在一个公共的坐标系下，称为全局坐标系。全局坐标系可以基于其中一个局部坐标系，即把各局部坐标系的其中一个坐标系作为全局坐标系，也可把参照物其中一个特征点作为全局坐标系的原点，根据不用情况可以通过修改编程实现的算法更改不同的坐标系作为全局坐标系。根据各相机彼此之间的位置关系，得到一个全局坐标系；

接收任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据。对物体进行测量的数据是指每个相机模块都可以测量待测物体表面的 大量数据点，物体表面是由大量点组成的，测量的数据就是大量点的位置坐标。

204、将任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据通过坐标系的转换显示到所述全局坐标系中，对任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据进行拼接，获得被测物的三维模型。

本发明通过一个特征明显的参照物来对各相机模块位置关系进行标定，标定好之后即可把各相机模块测量出的数据拼接起来，拼接在一个共同的全局坐标系中。

确定好了各相机模块的位置关系，即可把每个相机模块测量的数据点通过坐标系转换到一个全局坐标系下，其中坐标系的转换可以编程实现，坐标系的转换公式如图7所述，对物体进行测量的各相机模块则可把数据显示到全局坐标系中，对各模块的数据进行拼接，则可以得到被测物的三维模型。

请参阅图3，本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定装置的一个实施例包括：

接收单元301，用于接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；

第一获取单元302，用于通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；

第二获取单元303，用于通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系。

上面是对本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定装置的各单元进行详细的描述，下面将对一种基于参照物的多相机标定装置的各附加单元进行详细的描述，请参阅图4，本发明实施例中提供的一种基于参照物的多相机标定装置的另一个实施例包括：

接收单元401，用于接收任意多个相机对预置的参照物进行测量的信息，获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点；

接收单元401具体包括：

第一接收子单元4011，用于接收任意多个相机对预置在任意多个相机中间位置的参照物进行测量的信息；

第一获取子单元4012，用于获取到所述参照物表面曲率变化大的特征点。

第一获取单元402，用于通过所述特征点，获得任意多个相机彼此间的位置关系；

第一获取单元402具体包括：

第二获取子单元4021，用于通过任意多个相机中两个相机获得的在对应相机的局部坐标系中不同的至少三个共同特征点，通过坐标系的转换获得有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系。

第二获取单元403，用于通过任意多个相机彼此间的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系。

第二获取单元403具体包括：

第三获取子单元4031，用于通过有所述共同特征点的两个相机对应的局部坐标系的位置关系得到一个以所述参照物上的任意一个特征点为原点或者基于任意一个相机对应的局部坐标系的全局坐标系；

第二接收子单元4032，用于接收任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据。

第三获取单元404，用于将任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据通过坐标系的转换显示到所述全局坐标系中，对任意多个相机对被测物体表面进行测量的对应的局部坐标系的位置数据进行拼接，获得被测物的三维模型。

本发明是一种对多个相机之间位置关系进行标定的方法，利用已知参照物，各相机对参照物进行测量，获取到特殊点。然后通过对特殊点进行算法处理，使处于各个局部坐标系的激光和相机模块整合到一个全局坐标系中。标定之后对物体进行测量的各相机模块则可把数据显示到全局坐标系中，对各模块的数据进行拼接，则可以得到被测物的三维模型。

本发明是对多个相机之间的关系进行标定，采用标定物标定技术，利用特征明显的参照物，确定各相机直接的关系。标定精度高，标定方法简单。 可对任意多个相机进行标定。

请参阅图5和图6，本发明提供的另一个基于参照物的多相机标定装置的实施例包含四个相机模块，一个参照物。其中四个相机模块分布于参照物的四个角，操作步骤如下：

1)将参照物放置在四个相机模块的中间位置，然后进行测量获取到参照物的特征点；

2)如图6所示：相机①获取到点1、2、3、10、11、12，相机②获取到1、2、3、4、5、6，相机③获取到4、5、6、7、8、9，相机④获取到7、8、9、10、11、12；

如图5所示，本实施例中提供的一种多相机标定装置由四个相机模块组成，每个相机模块都有自己的局部坐标系，如何确定四个局部坐标之间的位置关系是本发明要实现的。参照物如图6所示，在标定过程中，每个相机都能获得参照物表面大量的数据点，包括参照物图中指出的12个点其中的6个。每两个相机模块之间都存在共同的3个特征点，特征点在参照物的图6中标明出来了，即进行编号了的12个点。可以看出特征点是曲率变化比较大的点。这3个点在两个相机模块的局部坐标系中是不同的，通过数学计算，算出两个局部坐标系的位置关系。然后编程实现该计算。所有上述所提到的算法是通过编程实现计算各局部坐标系的位置关系。

3)相机①和相机②根据点1、2、3进行算法计算。获得彼此的位置关系。同理，相机②和相机③根据点4、5、6，获得彼此位置关系。相机③和相机④根据点7、8、9，获得彼此位置关系。相机④和相机①根据点10、11、12，获得彼此位置关系。

4)根据各相机彼此之间的位置关系，得到一个全局坐标系。

至此，相机标定结束。此相机模块组可对待测物进行测量。根据算法可以获取待测物的三维模型图。

对物体进行测量的数据是指每个相机模块都可以测量待测物体表面的大量数据点，物体表面是由大量点组成的，测量的数据就是大量点的位置坐标。本发明通过一个特征明显的参照物来对各相机模块位置关系进行标定，标定好之后即可把各相机模块测量出的数据拼接起来，拼接在一个共同的全局坐 标系中。

由于各个相机模块都处于各自的局部坐标系，要想把各个相机模块测量的数据拼接起来。必须要拼接在一个公共的坐标系下，称为全局坐标系。全局坐标系可以基于其中一个局部坐标系，即把各局部坐标系的其中一个坐标系作为全局坐标系，也可把参照物其中一个特征点作为全局坐标系的原点，根据不用情况可以通过修改编程实现的算法更改不同的坐标系作为全局坐标系。

图5只是标明参照物四周的相机和激光模块的位置，并没有画出相机和激光。

本发明是一种对多个相机之间位置关系进行标定的技术，上述示例给的是对四个相机之间位置关系进行标定，本方法理论上可以对任意多个相机进行标定，且各相机之间可以不在同一个水平面，也可以成任意角度。

图6中所画参照物为：上下都是正方形的四棱台。本发明所需参照物可为三棱台，五棱台，六棱台等等，可以为两层，也可为三层，四层等等。

本发明参照物特征明显，且易获取，标定精度高。本发明对各相机之间的位置关系没有要求。任意位置相机都可以进行标定。

本发明提供的一种基于参照物的多相机标定方法可以事先确定各相机的距离，不过这样的误差比较大。也可利用其他参照物，不过此参照物特征明显，算法处理相对简单。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。