一种双目相机标定中棋盘格图像自动采集装置

本实用新型属于相机标定设备，尤其设计一种双目相机标定中棋盘格图像自动采集装置。

背景技术：

伴随着工业机器人及机器视觉领域技术的高速发展，工业摄像机受到了广泛的应用。由于工业摄像机在正式使用前必须进行标定工作，因此标定成为了不可省略的准备工作。但由于目前双目相机标定过程中存在人工弊端等的问题，一定程度上影响了摄像机标定的效果及效率。要改变这种现象并且提高自动化水平，就需要对标定过程中的棋盘格图像进行自动采集。

授权公告号为cn08750345u的中国专利文献介绍了一种相机标定装置。通过调节支撑装置可相对其水平移动的滑板来调整相机的左右位置，通过将调节装置可上下滑动的安装在支架上来调整相机上下位置，通过调节装置调整相机角度，在相机标定时可实现稳定的图像获取，不同的相机位姿可以提高相机的标定精度，使得其适应范围广；且本实用新型的一种相机标定装置操作方便，宜于上手。

上述文献公开的相机标定装置仅限用于单目相机的标定过程，而且标定过程中相机位置的移动可能会使拍摄到的照片存在拍摄不全等问题，导致拍摄照片无法使用的结果。

授权公告号为cn208569701u的中国专利文献介绍了一种相机标定装置，包括：光源，用于发射光束；均化器，用于接收所述光束并产生均匀光束；标定板，背向所述光源的一面配置有标定图案，当光源打开时，所述均匀光束入射到标定板以照亮所述标定图案。通过将光源设置于标定板的正面并将标定图案配置在标定板的背面，光源发出的光束经均化器均化后入射到标定板并照亮标定图案，可以使相机拍到高对比度的标定图案，从而达到提升标定精度的效果。

上述文献公开的相机标定装置需要手动移动光源改变标定标靶图像，依旧无法解决人工弊端等问题。同时实际操作过程中光源开启后，标定图像的清晰度和对比度也无法保证。

上述文献公开的相机标定装置仍需要人工干预手动旋转相机安装架从不同角度拍摄标定块图像，相机的多次运动转换角度很不方便，图像采集的效率不高。

技术实现要素：

为了克服已有相机标定方式的相机的多次运动转换角度很不方便、图像采集的效率不高的不足，本实用新型提供了一种相机的多次运动转换角度方便、图像采集的效率较高的双目相机标定中棋盘格图像自动采集装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双目相机标定中棋盘格图像自动采集装置，包括三自由度运动平台、棋盘靶纸、双目摄像机模组和自动控制系统，所述三自由度运动平台支承棋盘靶纸，在设定的运动空间内展示不同角度下的棋盘格图形，双目摄像机模采集图像数据，所述自动控制系统包括传感器、控制器、转换板和pc上位机，所述pc上位机根据需要控制的方式让运动平台自动运行或者输入预期俯仰姿态、横滚姿态、偏航姿态，选定姿态拍摄棋盘格图像。

进一步，所述三自由度运动平台包括一个方位转台和并联平台，所述方位转台串联一个两自由度的并联平台，在空间内实现横滚、俯仰和偏航三个旋转自由度。

所述并联平台为3rps+u的并联机构，r指的是下端的固定铰接；p指的是电动推杆内部丝杠和螺母的移动副；s指的是与上平台铰接的球副；u指的是中间焊接杆的约束，用于提供横滚角、俯仰角为±30°，偏航角为360°的运动；所述并联平台包括上平台、三根电动推杆和一根辅助焊接杆，所述上平台的底面中部通过球铰与辅助焊接杆连接，所述上平台的底面外侧分别通过球铰与三根电动推杆的动作端连接，所述辅助焊接杆的下端与方位转台的顶面中部固定连接，所述三根电动推杆的下端通过固定铰接支座与方位转台顶面的外侧连接。上平台经三根电动推杆的驱动，带来俯仰和横滚运动，同时方位转台在俯视平面带来360°旋转运动，进而呈现不同的照片姿态。

三根电动推杆在两平台之间伸长和缩短，其作用是在满足设计指标的情况下，给平台带来俯仰和横滚的自由度。

所述电动推杆包括电机、传动机构、丝杠、丝杆螺母和内活塞杆，所述电机的输出轴通过传动机构与丝杆一端连接，所述丝杠与丝杠螺母配合，所述丝杠螺母与所述内活塞杆连接，所述内活塞杆可上下滑动地套装在活塞腔内，所述内活塞杆的上端为动作端。在电机的驱动下，传动机构传递着来自电机的扭矩，使丝杠产生旋转运动，带动丝杠螺母产生直线运动，最后通过内活塞杆与丝杠螺母的连接转换成内活塞杆的直线运动。

本实用新型的有益效果主要表现在：相机的多次运动转换角度方便、图像采集的效率较高。

附图说明

图1是双目相机标定中棋盘格图像自动采集装置的原理框图。

图2是三自由度运动平台的示意图，其中，1-上平台2-球铰3-电动推杆4-固定铰接支座5-电机6-方位转台。

图3是整体结构模型图。

图4是图3的俯视图。

图5是系统操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图5，一种双目相机标定中棋盘格图像自动采集装置，包括三自由度运动平台、棋盘靶纸、双目摄像机模组和自动控制系统，所述三自由度运动平台支承棋盘靶纸，在设定的运动空间内展示不同角度下的棋盘格图形，双目摄像机模采集图像数据，所述自动控制系统包括传感器、控制器、转换板和pc上位机，所述pc上位机根据需要控制的方式让运动平台自动运行或者输入预期俯仰姿态、横滚姿态、偏航姿态，选定姿态拍摄棋盘格图像。

进一步，所述三自由度运动平台包括一个方位转台和并联平台，所述方位转台串联一个两自由度的并联平台，在空间内实现横滚、俯仰和偏航三个旋转自由度。

所述并联平台为3rps+u的并联机构，r指的是下端的固定铰接；p指的是电动推杆内部丝杠和螺母的移动副；s指的是与上平台铰接的球副；u指的是中间焊接杆的约束，用于提供横滚角、俯仰角为±30°，偏航角为360°的运动；所述并联平台包括上平台1、三根电动推杆3和一根辅助焊接杆，所述上平台1的底面中部通过球铰2与辅助焊接杆连接，所述上平台1的底面外侧分别通过球铰2与三根电动推杆3的动作端连接，所述辅助焊接杆的下端与方位转台6的顶面中部固定连接，所述三根电动推杆3的下端通过固定铰接支座4与方位转台6顶面的外侧连接。上平台1经三根电动推杆3的驱动，带来俯仰和横滚运动，同时方位转台6在俯视平面带来360°旋转运动，进而呈现不同的照片姿态，方位转台6的旋转运动由电机5驱动。

表1为运动平台技术参数表。

表1

三根电动推杆3在两平台之间伸长和缩短，其作用是在满足设计指标的情况下，给平台带来俯仰和横滚的自由度。

所述电动推杆3包括电机、传动机构、丝杠、丝杆螺母和内活塞杆，所述电机的输出轴通过传动机构与丝杆一端连接，所述丝杠与丝杠螺母配合，所述丝杠螺母与所述内活塞杆连接，所述内活塞杆可上下滑动地套装在活塞腔内，所述内活塞杆的上端为动作端。在电机的驱动下，传动机构传递着来自电机的扭矩，使丝杠产生旋转运动，带动丝杠螺母产生直线运动，最后通过内活塞杆与丝杠螺母的连接转换成内活塞杆的直线运动。

本实施例中，连接完线路和控制系统，启动装置，由上位机程序启动，向驱动电路发送pwm的脉冲。在驱动电机h型桥的控制下，直流电机可以实现正反转之间的切换和调速。

在自动控制方案中，启动运动平台后，运动平台承载着棋盘格标靶做出三自由度的运动的同时，pc上位机给双目相机定时，每隔5～10s拍摄一张某一位姿的棋盘格图像，并将图像传输至matlab标定程序中，进行判断有效的棋盘格图像是否达到了拍摄张数的要求(例如31张)，如果达到，则进行双目相机标定，是由matlab标定程序内置的标定算法实现双目相机的标定，得到双目相机的内、外参数以及畸变参数；如果未达到，则继续定时采集图像。

在手动控制方案中，手动输入具体期望运动平台达到的位姿，在达到某一位姿后，pc上位机向双目相机发出拍摄指令，双目相机便自动拍摄采集棋盘格图像。此后，同样继续进行有效图像数量的判断，是否达到了拍摄张数的要求(例如31张)，如果达到，则进行双目相机标定，是由matlab标定程序内置的标定算法实现双目相机的标定，得到双目相机的内、外参数以及畸变参数；如果未达到，则继续按位姿采集图像。