本申请涉及计算机视觉技术领域，特别是涉及一种标定板及双目对视摄像装置标定系统。
背景技术：
摄像装置标定是计算机视觉领域中从二维图像获取三维空间信息不可或缺的步骤，它包括从摄像装置到外部世界坐标系的外部参数的标定。上述标定结果的准确性直接影响着通过二维图像获取三维空间信息的结果的准确性。
双目对视摄像装置系统应用于某些特定视觉测量任务，它是基于视差原理并利用摄像装置从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算两幅图像对应点间的位置偏差，来获取被测物体三维空间信息。目前，对于双目对视摄像装置系统的外部参数的标定主要有以下两种方法：方法一、如图1和图2所示，通过共视区域利用一侧印有棋盘格图案或圆形图案的非透明标定板进行标定；方法二、如图3所示，通过一侧印制有圆形图案的透明玻璃材质的标定板进行标定。
本申请的发明人在长期研究过程中发现，上述方法一中标定板平面与摄像装置感光器件所在平面夹角很大，会由于畸变导致提取的参考点不准确；上述方法二中由于玻璃的折射使得非图案一侧的摄像装置拍摄到的图案是被折射后的图案，并且这个折射产生的误差无法通过算法进行矫正。总而言之，利用上述标定方法所获得的外部参数精度较低。
技术实现要素：
本申请主要解决的技术问题是提供一种标定板及双目对视摄像装置标定系统，能够提高双目对视摄像装置系统外部参数标定的精度。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种标定板，所述标定板用于双目对视摄像装置标定系统以标定两个对视摄像装置的相对位置关系，所述标定板包括：主体，包括厚度方向上的第一表面和第二表面；至少一个过孔，形成在所述主体上，其中，所述过孔在所述第一表面上形成第一图形，且所述过孔沿着所述厚度方向从所述第一图形逐渐减小以在所述第二表面上形成圆形的第二图形，从而使所述第二图形透过所述第一图形而暴露在所述第一表面外。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种双目对视摄像装置标定系统，所述系统包括第一摄像装置、第二摄像装置以及上述任一实施例所述的标定板，其中，所述标定板设置在所述第一摄像装置与所述第二摄像装置之间，以使所述第一摄像装置能够从所述标定板的主体上的第一表面透过第一图形而拍摄圆形的第二图像，并使所述第二摄像装置能够从所述标定板的主体上的第二表面而拍摄圆形的所述第二图像，从而标定所述第一摄像装置和所述第二摄像装置的相对位置关系。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请所提供的标定板包括主体和形成在主体上的至少一个过孔，主体包括厚度方向上的第一表面和第二表面，过孔在第一表面上形成第一图形，且过孔沿着厚度方向从第一图形逐渐减小以在第二表面上形成第二图形，第二图形为圆形，从而使第二图形透过第一图形而暴露在第一表面外。一方面，目前绝大多数的数控加工工厂都可以加工出满足精度要求的本申请所提供的标定板，相对于现有技术中采用光刻工艺形成的陶瓷或者透明玻璃的标定板，本申请所提供的标定板具有加工制作简单、成本低的优点；另一方面，本申请所提供的标定板使用方法简单，无需设计新的复杂的双目系统外部参数解算方法；当本申请所提供的标定板用于双目对视摄像装置标定系统时，本申请所提供的标定板与摄像装置的感光平面的角度小，畸变小，且不存在折射的问题，与现有的标定方法相比，可以提高双目对视摄像装置系统外部参数标定的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是现有双目对视摄像装置系统一实施方式的结构示意图；
图2是现有双目对视摄像装置系统另一实施方式的结构示意图；
图3是现有双目对视摄像装置系统又一实施方式的结构示意图；
图4是本申请标定板一实施方式的结构示意图；
图5是图4中标定板另一视角的结构示意图；
图6是图4中标定板的过孔一实施方式的结构示意图；
图7是图4中标定板的过孔另一实施方式的结构示意图；
图8是本申请双目对视摄像装置系统一实施方式的结构示意图；
图9a是图8中第一摄像装置采集的第一图像的示意图，图9b是图；
8中第二摄像装置采集的第二图像的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请所提供的标定板用于双目对视摄像装置标定系统以标定两个对视摄像装置的相对位置关系。请参阅图4-图6，图4为本申请标定板一实施方式的结构示意图，图5为图4中标定板另一视角的结构示意图，图6为图4中标定板的过孔一实施方式的结构示意图。标定板包括：主体10和至少一个过孔12。
具体地，主体10包括厚度方向上(即图4中箭头所指的方向)的第一表面100和第二表面102；在一个实施方式中，该标定板的主体10 材质为金属材质，该金属材质包括铝合金，在其他实施方式中，主体10 的材质也可为其他，本申请对此不作限定。
过孔12形成在主体10上，其中，过孔12在第一表面100上形成第一图形120，且过孔12沿着厚度方向(即图4中箭头所指的方向)从第一图形120逐渐减小以在第二表面102上形成圆形的第二图形122，从而使第二图形122透过第一图形120而暴露在第一表面100外。
通俗来说，就是从主体10的第一表面100上沿着厚度方向(即图4 中箭头所指的方向)形成具有一定坡度的过孔12，过孔12在第一表面 100上形成的第一图形120比过孔12在第二表面102上形成的第二图形 122大，进而使得当该标定板用于双目对视摄像装置标定系统时，其中一个摄像装置拍摄标定板的第一表面100时，能够获得第二图形122的成像。在一个应用场景中，如图6所示，第一图形120可以平滑减小为第二图形122；在其他应用场景中，第一图形也可以其他方式减小为第二图形，例如，以图7中阶梯减小的方式，本申请对此不作限定。
在一个实施方式中，上述第一图形120为圆形，在其他实施方式中，上述第一图形120也可为其他，例如方形、椭圆形等，本申请对此不作限定。当第一图形120为圆形时，其直径为D2，第二图形122的直径为D1，主体10的厚度为h，其中，D1、D2、h满足以下公式：D2≥D1+2h。上述D1、D2、h之间满足的关系的设计目的主要是为了使图6中的倾斜角度α≤45°(例如，45°、30°、15°等)，以使得摄像装置拍摄标定板的第一表面100时，能够获得第二图形122的成像，而不会被主体10 的厚度遮挡住。
在另一个实施方式中，上述标定板的主体10上设置的过孔12的个数至少为2个，例如2个、4个、10个等等，上述多个过孔12可以成矩阵排列(如图4所示)。在一个应用场景中，上述多个过孔12可以等间距地成矩阵排列，且两相邻过孔12的圆心之间的间距L不小于圆形的第一图形120的直径D2。在其他应用场景中，多个过孔12之间的间距也可不相等，本申请对此不作限定。
在一个应用场景中，可以利用数控机械加工技术来制备上述实施例中的标定板，但由于加工工艺条件的限制，如图6所示，过孔12在第二表面102上形成的圆形的第二图形122具有一定的厚度d，该厚度d 不大于0.1mm，例如0.1mm、0.08mm、0.05mm等。
总而言之，目前绝大多数的数控加工工厂都可以加工出满足精度要求的本申请所提供的标定板，相对于现有技术中采用光刻工艺形成的陶瓷或者透明玻璃的标定板，本申请所提供的标定板具有加工制作简单、成本低的优点。
请参阅图8，图8为本申请双目对视摄像装置标定系统一实施方式的结构示意图，该系统包括第一摄像装置A、第二摄像装置B以及上述任一实施例中的标定板80，其中，标定板80设置在第一摄像装置A与第二摄像装置B之间，以使第一摄像装置A能够从标定板80的主体82 上的第一表面820透过第一图形840而拍摄圆形的第二图形842，并使第二摄像装置B能够从标定板80的主体82上的第二表面822而拍摄圆形的第二图形842，从而标定第一摄像装置A和第二摄像装置B的相对位置关系。需要说明的是，本实施例中第一摄像装置A或第二摄像装置 B可以是一个摄像机，也可以是多个刚性连接的摄像机，所谓刚性连接是指所连接的摄像机使用螺丝等装置安装在一起，安装后整体固定为一体，摄像机之间不会产生相对位移。
请继续参阅图8，第一摄像装置A的光轴为第一光轴L1，第二摄像装置B的光轴为第二光轴L2，在一个应用场景中，第一摄像装置A的第一光轴L1与第二摄像装置B的第二光轴L2重合。图8中实线构成的四边形区域为第一摄像装置A和第二摄像装置B的视野重叠部分，即标定板80放置在该四边形区域内时，第一摄像装置A和第二摄像装置B 能分别看到标定板80的完整的第一表面820和完整的第二表面822。
为提高双目对视摄像装置外部参数标定的精确度，当标定板80放置在上述四边形区域内时，标定板80所在的平面与第一摄像装置A的第一光轴L1和/或第二摄像装置B的第二光轴L2之间的夹角不小于 45°，例如45°、60°、90°等。
在另一个实施方式中，请继续参阅图8，该系统进一步包括光源86，且当第一摄像装置A需要采集标定板80的第一表面820上的图像时，光源86照射第二表面822，以排除干扰背景；当第二摄像装置需B要采集标定板82的第二表面822上的图像时，光源86照射第一表面820，以排除干扰背景。由于过孔84的存在，第一摄像装置A和第二摄像装置B可能会拍摄到一些透过过孔84产生的干扰背景，此时利用光源86 进行打光，可以排除一些不必要的干扰背景，从而使得之后处理图像时，能够更加方便的提取到第二图像的圆心。
下面将结合图8，对本申请所提供的双目对视摄像装置标定系统的工作流程做详细说明。
A、将标定板80固定在上述四边形区域内的某一位置处，且标定板 80所在的平面与第一摄像装置A的第一光轴L1的夹角不小于45°；
B、采集图像：光源86对标定板80的第二侧面822打光，此时第一摄像装置A采集获得第一侧面820对应的第一图像(如图9a所示)；光源86对标定板80的第一侧面820打光，此时第二摄像装置B采集获得第二侧面822对应的第二图像(如图9b所示)，上述第一图像和第二图像作为一组对应的图像；
C、移动标定板80的位置，在满足步骤A的条件下，重复步骤B 进而采集到多组对应的图像；
D、将上述获得的多组图像进行处理：以其中一组图像为例，首先对第一摄像装置A获得的第一图像进行反色处理，对经反色处理后的第一图像进行提取，以获得第二图形的圆心坐标，将获得的圆心坐标按第一顺序标号进行存储；然后对第二摄像装置B获得的第二图像进行反色处理，对经反色处理后的第二图像进行提取，以获得第二图形的圆心坐标，将获得的圆心坐标按第二顺序标号进行存储；其中，第二图形呈矩阵排列，第一顺序标号方法为：按从第一行到最后一行的顺序逐个进行标号，且每一行的顺序为从左至右(如图9a标号所示)；第二顺序标号方法为：按从第一行到最后一行的顺序逐个进行标号，且每一行的顺序为从右至左(如图9b标号所示)，从而使得对于一组图像中的同一个标号而言，其对应的是同一个过孔。
E、根据双目视觉原理，利用多组图片存储的圆心坐标完成双目对视摄像装置的外部参数矩阵(旋转矩阵R和平移矩阵T)的计算。
具体而言，任意两个欧式坐标系之间的变换关系都可以通过两个矩阵描述：旋转矩阵R和平移矩阵T。此处用R和T来描述左右两个摄像装置坐标系的相对关系，通过R和T可以将空间中任意点从左摄像装置坐标系的坐标表示转换为右摄像装置坐标系下的坐标表示。
假设空间中有一点P，P在世界坐标系下的坐标为PW，P在左右摄像装置坐标系下的坐标可以表示为：
其中Pl和Pr又有如下关系：
Pr＝RPl+T (2)
综合(1)(2)两式可以推得：
单目标定中摄像装置外参就是此处的Rl，Tl，Rr和Tr，带入(3) 式就可以求出双目视觉系统两个摄像装置坐标系之间的旋转矩阵R和平移矩阵T。
总而言之，本申请所提供的标定板使用方法简单，无需设计新的复杂的双目系统外部参数解算方法；当本申请所提供的标定板用于双目对视摄像装置标定系统时，本申请所提供的标定板与摄像装置的感光平面的角度小，畸变小，且不存在折射的问题，与现有的标定方法相比，可以提高双目对视摄像装置系统外部参数标定的精度。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。