一种双目直视相机的标定靶标、标定系统及标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器视觉测量中的相机标定领域，特别是一种双目直视相机的标定靶标、标定系统及标定方法。
【背景技术】
[0002]在图像测量过程以及机器视觉应用中，为了得到物体更加全面的信息，往往需要多个相机配合使用采集物体图像来重构物体的形态特征。其中，配合使用的相机需要建立起确定的空间关系，并使之统一到相同的坐标系中，这样才能精准的重构物体的形态特征，此过程即对相机进行标定。配合使用的相机的位置关系有很多种，但两个相互直视的相机的位置关系是一种比较特殊的位置关系。在使用传统的基于平面棋盘靶标的双目相机标定方法来对这种特殊位置关系进行标定时，由于两相机是相互对视的，因此无法保证它们能同时观察到棋盘靶标上的角点的位置信息，无法达到准确标定两相机的相互位置关系的要求。目前，仍没有有效的方法来完成对双目直视相机的标定。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种双目直视相机的标定靶标、标定系统及标定方法，能够有效标定双目直视相机，标定结果更简单、精确。
[0004]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种双目直视相机的标定靶标，包括平面钢板，该平面钢板上刻蚀有多个易识别角点的孔洞，所述孔洞的大小相同且排列成M行XN列，每行以及每列中相邻孔洞的间距是相等的；其中，M为正整数，N为正整数。
[0005]作为本发明所述一种双目直视相机的标定靶标进一步优化方案，所述平面钢板的形状为矩形。
[0006]作为本发明所述一种双目直视相机的标定靶标进一步优化方案，所述孔洞为方形孔洞。
[0007]作为本发明所述一种双目直视相机的标定靶标进一步优化方案，所述平面钢板的厚度小于0.01mm。
[0008]基于上述的标定靶标的标定系统，包括第一相机、第二相机、设置在第一相机与第二相机之间的标定靶标、第一面光源、第二面光源和处理模块；其中，
第一相机，设置在标定靶标的正面，用于采集标定靶标的正面图像并输出至处理模块；
第二相机，设置在标定靶标的背面，用于采集标定靶标的背面图像并输出至处理模块；
第一面光源，设置在第一相机旁，用于发出平行光垂直照射在标定靶标的正面；
第二面光源，设置在第二相机旁，用于发出平行光垂直照射在标定靶标的背面；
处理模块，用于对接收到的标定靶标的正面图像、背面图像进行处理，得到第一相机和第二相机之间的结构参数。
[0009]基于上述的标定靶标的标定方法，包括以下步骤:
步骤一、摆放标定靶标，该标定靶标上刻蚀的多个孔洞的大小、孔洞的位置、孔洞的角点位置坐标均为已知的；将标定靶标固定放置在两互相直视的第一相机、第二相机之间的共同视场内的任意位置上，第一相机设置在标定靶标的正面，第二相机设置在标定靶标的背面；
步骤二、采用标定靶标标定第一相机和第二相机的内部结构参数；
步骤三、在所述第一相机旁设置第一面光源，第二相机旁设置第二面光源；
步骤四、打开第二面光源，发出平行光垂直照射在标定靶标的背面，用第一相机采集标定靶标的正面图像；打开第一面光源，发出平行光垂直照射在标定靶标的正面，用第二相机采集标定靶标的背面图像；
步骤五、改变标定靶标的摆放姿态η次，在每次改变标定靶标的摆放姿态时重复步骤四；其中，η为大于2的整数；
步骤六、对采集到的所有摆放姿态不同的标定靶标的图像进行处理，作双目角点匹配，并结合孔洞的角点位置坐标来定量求解第一相机和第二相机之间的空间结构参数。
[0010]作为本发明所述的标定方法进一步优化方案，所述内部结构参数包括镜头焦距、传感器尺寸、镜头畸变系数、镜头光学中心、图像传感器中心偏差。
[0011]作为本发明所述的标定方法进一步优化方案，所述η为8或9或10。
[0012]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
(1)本发明采用具有方形孔洞的标定靶标易于制作，可同时对双目相机的内部参数以其空间位置关系进行标定，标定过程简单可靠；
(2)采用面光源直射标定靶标的方式使得靶标角点特征更加明显，容易寻找到相应角点，这样可以有效提高双目直视相机空间位置关系的标定精度和稳定性。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的标定靶标的示意图。
[0014]图2是本发明的结构示意图。
[0015]图3是本发明的流程图。
[0016]图中的附图标记解释为:1-方形孔洞，2-第一相机，3-第二相机，4-标定靶标，5-第一面光源，6-第二面光源，7-处理模块。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示是本发明的标定靶标的示意图，一种双目直视相机的标定靶标，包括平面钢板，该平面钢板上刻蚀有多个易识别角点的孔洞，所述孔洞的大小相同且排列成M行X N列，每行中相邻孔洞的间距是相等的，每列中相邻孔洞的间距是相等的；其中，M为正整数，N为正整数。易识别的角点是指同一角点在多张相似图片对应不同亮度、平移、旋转及其他环境下都易于区分与识别。
[0018]所述平面钢板的形状为矩形，所述孔洞为方形孔洞1，所述平面钢板的厚度小于0.01mm。标定靶标为超薄的平面矩形钢板，该矩形钢板上蚀刻有等间隔分布且大小一致规则排列的方形孔洞，其位置和尺寸等参数均为已知的，并且标定靶标上的方形孔洞具有易于识别的角点特征。由于标定靶标的厚度很薄，可以近似认为两双目直视相机采集到的标定靶标图像来自空间同一平面。标定靶标除了方形孔洞可以透光外，其他的部位均不能透光；这样的结构能使两个相互直视的相机同时采集到标定靶标的图像，由于标定靶标的厚度很小，可认为两相机采集的图像中的标定靶标上的角点来自于空间同一位置。
[0019]如图2所示是本发明的结构示意图，基于上述所述标定靶标的标定系统，包括第一相机2、第二相机3、设置在第一相机与第二相机之间的标定靶标4、第一面光源5、第二面光源6和处理模块7 ；
第一相机，设置在标定靶标的正面，用于采集标定靶标的正面图像并输出至处理模块；
第二相机，设置在标定靶标的背面，用于采集标定靶标的背面图像并输出至处理模块；
第一面光源，设置在第一相机旁，用于发出平行光垂直照射在标定靶标的正面；
第二面光源，设置在第二相机旁，用于发出平行光垂直照射在标定靶标的背面；
处理模块，用于对接收到的标定靶标的正面图像、背面图像进行处理，得到第一相机和第二相机之间的结构参数。处理模块可为一台计算机，它在标定过程中控制光源的开关、控制相机采集标定靶标图像及对采集图像作处理。完成标定靶标的图像采集后，求解相机参数的过程类似于张正友标定的方法，在采集的标定靶标的图像中寻找对应的角点做匹配，然后通过对应角点的匹配关系建立两双目直视相机的位置关系。为了精确地对双目直视相机进行空间参数标定，需要在每完成一次图像采集流程后改变标定靶标的位置，保