一种机器人相机标定方法、系统、设备及介质与流程

所属的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。图9是本发明实施例中的一种机器人相机标定设备的结构示意图。下面参照图9来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图9显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图9所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述一种机器人相机标定方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图9中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现的一种机器人相机标定方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述一种机器人相机标定方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。如上所示，本实施例利用多层次标定板图像对不同的运动体均可以提供合适的定位信息，通过对相机获得的多层次标定板图像识别最小层次定位信息，获得尽可能多的定位信息，从而实现对不同运动体的自适应定位，并且可以获得较高的精度。图10是本发明实施例中的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图10所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。本实施例利用多层次标定板图像对不同的运动体均可以提供合适的定位信息，通过对相机获得的多层次标定板图像识别最小层次定位信息，获得尽可能多的定位信息，从而实现对不同运动体的自适应定位，并且可以获得较高的精度。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

背景技术：

1、机器人通常装配有深度相机。深度相机在出厂前会进行标定与校准，以使得其在使用之前具有准确获得数据的能力。而对于带有深度相机的机器人而言，在使用前往往会由于装配等因素会导致深度相机与机器人的配合不理想，需要对深度相机与机器人的配合进行进一步标定。而在部分特殊应用场景中，也需要根据场景特点进行重新标定。而这些标定工作往往需要使用者联系厂家进行指导或派人现场调试，这无疑造成了使用不便，并增加了维护成本。

2、这是由于现有技术中采用的标定技术往往存在操作复杂、难度高的问题，无法在应用场景中快速便捷进行标定。

3、某发明公开了机器人零点位置标定装置及标定方法，所述标定装置包括标定机器人各轴初始零点位置的第一零标块及第二零标块，包括固定于第一零标块上的主零标片和固定在第二零标块上的副零标片；所述主零标片上设有定位槽口，所述副零标片上设有和所述主零标片上定位槽口相对齐的标定槽口，还包括能够同时塞入定位槽口及标定槽口内的塞片。

4、某申请涉及机器人技术领域，提供了一种机器人的标定工件，包括标定板和检测部件，标定板安装在机器人的底座上；检测部件包括固定在所述机器人末端的传感器夹具、安装在所述传感器夹具上的多个距离传感器；通过所述距离传感器检测所述检测部件与所述标定板之间的距离，以实现对所述机器人的零位标定。本发明提供的标定工件减少了标定所需的工件数量，减少了对机器人本体的改动，降低了标定成本，提高了标定效率。

5、某发明设计了一种基于3d标定块的机器人与3d相机的手眼标定方法.通过相机获得标定块的灰度信息,利用模板匹配算法分割标定块的各个平面,计算出平面中多个点在像素坐标系下的位置,同时获取该像素坐标的深度信息,拟合出标定块多个平面的法向量信息,通过多个平面相交求解出特征点位置.利用随机抽样一致性算法剔除错误特征点后,根据正确的特征点求解出机器人在不同姿态下获取标定块点云数据之间的转换关系,结合机器人当前坐标求解出手眼标定结果,并建立误差评价模型对结果进行误差分析.最后通过denson六自由度机械臂与康耐视ea-5000相机对此方法与利用标定板进行手眼标定的方法进行比较验证,结果显示此方法可以更快速,准确地完成标定。

6、某发明提供一种机器人标定方法，其特征在于，所述方法利用标定块进行标定，其中，所述标定块包括：底座，具有一表面；至少一凸块，凸出于所述表面，所述凸块具有倾斜于所述表面且相邻的至少两个斜面，所述至少两个斜面均朝向所述凸块的底面中心倾斜；所述至少两个斜面、所述表面具有若干三面交点，所述若干三面交点中的至少部分与所述表面距离不同，构成所述标定块的标定点；所述表面定义为第一平面，所述凸块具有平行于所述第一平面的顶面，所述顶面定义为第二平面，所述方法包括：获取标定块的深度图像；其中，所述深度图像由一个深度相机采集得到；从所述深度图像中，提取所述凸块的底面所在的第一平面，以及对所述深度图像进行深度截取，得到在所述底面和所述顶面之间的两个中间平面；对所述两个中间平面中的任意一个进行限缩，确定所述顶面所在的第二平面，以及根据所述两个中间平面的轮廓，得到连接所述两个中间平面的至少两个斜面；基于至少两个斜面、所述第一平面和所述第二平面形成的若干三面交点，确定标定点；根据所述标定点的相机坐标、和机器人末端在同一所述标定点的机器人坐标，确定坐标转换关系，以对所述深度相机和所述机器人进行标定。

7、现有技术中往往采用复杂或者精度较高的装置、设备对机器人进行标定，并且需要专业的操作技巧，从而导致机器人在交付后，一旦出现异常，由于标定的难度较大，往往需要厂家专业技术人员的支持。

8、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、为此，本发明利用多层次标定板图像对不同的距离的运动体均可以提供合适的尺寸信息，通过移动机器人获得不同深度下的标定装置图像，通过对图像与已知尺寸的比较，可以自动对机器人实现高精度的标定。

2、第一方面，本发明提供一种机器人相机标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、步骤s1：在第一位置处采集标定装置表面图像，得到第一图像；其中，所述标定装置包含多个表面，且至少三个所述表面上包含至少三级尺寸信息；

4、步骤s2：移动机器人至第二位置处，采集所述标定装置同一所述表面图像，得到第二图像；其中，所述第一图像和所述第二图像采集到的尺寸信息属于不同级别；

5、步骤s3：根据所述第一图像和所述第二图像对机器人相机进行标定。

6、可选地，所述的一种机器人相机标定方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

7、步骤s11：通过所述表面图像判断所述标定装置表面与机器人相机的夹角；

8、步骤s12：移动机器人至与所述标定装置表面垂直，并能清晰获得至少一个级别的尺寸信息的位置；

9、步骤s13：拍摄所述标定装置表面图像，即为第一图像。

10、可选地，所述的一种机器人相机标定方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

11、步骤s21：判断所述第一图像中所述尺寸信息的级别；

12、步骤s22：根据所述级别向接近或远离所述标定装置的方向移动机器人；

13、步骤s23：当机器人相机与所述标定装置表面垂直，并能清晰获得与所述第一图像中尺寸信息不同级别的尺寸信息时，停止移动；

14、步骤s24：采集第二图像。

15、可选地，所述的一种机器人相机标定方法，其特征在于，适用于单目相机标定，所述步骤s3包括：

16、步骤s31：获取第一相机内参；所述第一相机内参是指相机的核心部件的参数，包括镜片焦距、传感器尺寸等；

17、步骤s32：由所述相机向标定物发射结构光，并改变所述相机与所述标定物的距离，以获取不同深度距离的多张标定图像；

18、步骤s33：对多张所述标定图像进行处理，获取多个特征点位置信息；

19、步骤s34：利用所述特征点位置信息，计算相机内参和标定板相对于相机的外参；其中，每个所述标定图像对应一个平面方程；

20、步骤s35：选择某个距离的所述标定图像作为基准图像，其他所述标定图像与所述基准图像进行匹配，然后根据不同所述标定图像上对应匹配点所对应生成的3d点，求取投射中心；

21、步骤s36：对上一步骤获取的数据进行优化，并且在优化时，采用分阶段迭代优化的方法，获得相机的所有参数。

22、可选地，所述的一种机器人相机标定方法，其特征在于，适用于双目或多目相机标定，所述步骤s3包括：

23、步骤s41:获取相机第一原始参数；其中，所述相机包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一原始参数是指双目相机的核心部件的参数，包括镜片焦距、传感器尺寸、基线距离等；

24、步骤s42：控制相机分别获得标定物的第一图像和第二图像；其中，所述第一图像由所述第一摄像头拍摄，所述第二图像由所述第二摄像头拍摄；

25、步骤s43：对所述第一图像和所述第二图像进行处理，获取多个特征点位置信息；

26、步骤s44:对上一步骤获取的数据进行优化，并且在优化时，采用分阶段迭代优化的方法，获得相机的所有参数。

27、可选地，所述的一种机器人相机标定方法，其特征在于，所述标定装置包括：

28、第一尺寸单元，用于提供第一尺寸；

29、第二尺寸单元，用于提供第二尺寸，并且位于所述第一尺寸单元内；

30、第三尺寸单元，用于提供第三尺寸，并且位于所述第二尺寸单元内。

31、可选地，所述的一种机器人相机标定方法，其特征在于，所述多个第二尺寸单元组成二维码，可以供机器人读取并获得信息。

32、第二方面，本发明提供一种机器人相机标定系统，用于实现前述任一项所述的机器人相机标定方法，其特征在于，包括：

33、第一采集模块，用于在第一位置处采集标定装置表面图像，得到第一图像；其中，所述标定装置包含多个表面，且至少三个所述表面上包含至少三级尺寸信息；

34、第二采集模块，用于移动机器人至第二位置处，采集所述标定装置同一所述表面图像，得到第二图像；其中，所述第一图像和所述第二图像采集到的尺寸信息属于不同级别；

35、标定模块，用于根据所述第一图像和所述第二图像对机器人相机进行标定。

36、第三方面，本发明提供一种机器人相机标定设备，其特征在于，包括：

37、处理器；

38、存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；

39、其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述任意一项所述机器人相机标定方法的步骤。

40、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现前述任意一项所述机器人相机标定方法的步骤。

41、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

42、本发明利用具有至少三级尺寸信息的标定装置，可以获得不同深度下的信息，相比于单一深度进行的标定，标定的结果更加准确。

43、本发明提供至少三级尺寸信息，使得机器人与标定装置的距离更加灵活，可以适用于多种应用场景下的标定，适用性强。

44、本发明自动根据机器人获得的图像对机器人进行位移调整，可以实现机器人的自动标定，对操作人员的要求更低，适用于各类应用场景中的自动调整，大大降低运维过程中的系统维护要求。