用于多图案校准架的支承结构的制作方法

本实用新型提供了一种用于多图案校准架的支承结构，该支承结构包括用于将图案面板紧固到该支承结构的紧固元件和框架结构。应用支承结构的非限制性示例是运载工具的摄像机校准，并且更具体地是自主运载工具在组装期间的摄像机校准。

背景技术：

近来，基于摄像机的应用已经在诸如安全系统、交通监视、机器人、自主运载工具等许多领域中得到普及。在运行基于机器视觉的应用中，摄像机校准是必要的。摄像机校准是获取摄像机参数以(数学地以及准确地)确定如何将三维(3d)环境投影到摄像机的二维(2d)图像平面上而不受任何镜头畸变影响的处理。摄像机参数可以是例如焦距、扭曲、畸变等。通常，通过从不同视图捕获校准图案的多个图像来确定摄像机参数。然后，在捕获的图像上检测校准图案中的某些关键点的投影(诸如，在棋盘图案的情况下的内角)。然后，校准图案的投影关键点通过用于校准摄像机的传统的摄像机校准算法来使用。存在各种数学模型，例如，用于具有窄视场的摄像机的opencv针孔摄像机模型(opencv开发团队，2016年，摄像机校准和3d重建；可从以下网址获取：http：//docs.opencv.org/2.4/modules/calib3d/doc/camera_calibration_and_3d_reconstruction.html)、用于反射折射和鱼眼摄像机的ocam-calib模型(戴维·斯卡拉穆扎(davidescaramuzza)，2006，ocamcalib：用于matlab的全方位摄像机校准工具箱；可从以下网址获取：https：//sites.google.com/site/scarabotix/ocamcalib-toolbox)等，这些数学模型使用不同类型的摄像机参数进行摄像机校准。

如上所述，最广泛使用的摄像机校准方法处理从校准图案的多个视图拍摄的图像。然而，捕获一系列这样的图像可能花费太长时间并且可能太复杂而不适合大规模生产工厂。摄像机校准算法通常需要在不同方向上的约10-30个校准图案的图像。在拍摄照片之后多次获取多个图像并且适当地重新定位校准图案(或摄像机)是耗时的，并且需要摄像机操作者集中精力。传统的图案检测算法采用角点检测来定位捕获图像内的校准对象。这些图案检测算法设计成仅检测包含特定校准图案的单个板。另外，由于在图像捕获过程期间存在的照明变化和干扰，因此检测经常失败。

通常用于校准摄像机的校准图案的一个示例是棋盘格。棋盘格的角和边是两个最重要的特征。用于检测棋盘格的角的典型方法包括哈利-史蒂芬(harris&stephens)角点检测算法、最小单值部段同化核(susan)角点检测算法、x角点检测算法等。可以在边缘上使用霍夫(hough)变换来识别适当的成组的线并定位棋盘格图案。用于定位棋盘的另一种方法是基于计算用于特定尺寸的棋盘格的棋盘格图像中的内部的孔的计数。可以在输入图像上应用形态学操作以用于检测轮廓，并且从这些轮廓构建树状分层。当发现轮廓具有预定的孔数时，认为棋盘格被正确识别。另一种广泛使用的校准图案是椭圆形，但在这种情况下不存在角和线。

以最少的人为干预操作的自主运载工具可用于运输人和物体。通常，一些自主运载工具需要来自操作者的初始输入，而一些其它设计的自主运载工具受到操作者的持续控制。一些自主运载工具可以完全通过遥控操作。传统的自主运载工具配备有多个摄像机以便于控制自主运载工具的操作。因此，每个摄像机都要进行校准，以确保自主运载工具的可靠和安全的操作。

在us2016/0073101a1中公开了一种多目标摄像机校准系统。通过使用捕获多个板目标的一个或多个图像的多个摄像机来实现校准。已知系统的缺点是图案板不能根据当前需要和摄像机类型自由调节，但是它们的相对定向是不可调节的。

因此，现有技术缺乏一种支承结构，该支承结构通过允许快速可靠地定位多个图案来改进用于摄像机校准的图案面板的可调节性，该支承结构特别是用于在大规模制造中的组装期间的自主运载工具。现有技术还缺乏改进图案面板的牢固装配的技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决和改进现有技术中的上述缺陷。

本用新型的目的是提供一种用于多图案校准架的支承结构，特别是用于通过使用多图案校准架——针对自主运载工具——校准至少一个摄像机。

包括多个图案面板的校准目标是优选的。校准目标优选地是保持图案面板的多面板——更确切地说是多图案——校准架。多图案校准架包括保持至少两个图案面板的支承结构。图案面板设置有任意种类的校准形状的重复校准图案。在本文中“重复”意味着图案包括以规则间隔排列的相同形状。例如，具有棋盘格图案的图案面板可以具有黑色或白色正方形，具有圆形网格的图案面板可以具有黑色或白色圆形等。安装在自主运载工具中的摄像机捕获多图案校准架的图像。因此，包括相同和/或不同的重复校准图案的多个图案面板被捕获在单个输入图像中。

对于优选的应用，待校准的一个或多个摄像机是属于自主运载工具的，自主运载工具基本上是汽车、卡车、任何两轮或四轮车辆、构造成用于交通控制的四轴飞行器或无人机等。自主运载工具在带有或不带有驾驶员的情况下主要运输人员和物体。也就是说，自驾驶汽车被理解为自主运载工具。此外，在某些情况下无人驾驶但在其它情况下由人驾驶员驾驶的汽车在本文中被理解为自主运载工具。

根据本实用新型，自主运载工具还可控制交通拥堵、确保行人安全、检测自主运载工具的导航路径中的坑洼、警告驾驶员错误的车道偏离以及对驾驶员执行许多帮助他安全有效地驾驶的辅助功能。

通过如下的支承结构实现了上述目的，一种用于多图案校准架的支承结构，所述支承结构包括用于将图案面板装配到所述支承结构的紧固元件，其中，包括框架结构，所述框架结构包括框架部段以及将所述框架部段彼此接合的接头，其中，所述紧固元件附接到所述框架部段，并且适于以方向可调的方式将所述图案面板装配到所述框架结构。在下文中描述和限定了优选实施例。

本实用新型具有显著的优点。本实用新型能使单个校准目标带有多个图案面板，其可以根据给定的情况，例如摄像机类型而自由且牢固地调整。支承结构在摄像机的单个视场中，在包括多个校准图案方面是基本上灵活的，而不需要使用多个校准目标。因此，本实用新型例如有助于汽车制造商减少生产时间并最小化生产错误。

本实用新型的优选应用认为是在汽车装配厂的传送带系统上组装自主汽车。自主汽车包括安装在例如靠近前灯或尾灯、靠近门把手、在自主汽车的车顶等多个位置的摄像机。两个多图案校准架可以定位在距自主汽车约10米处。一个多图案校准架定位成面向自主汽车的前侧定位，而另一个多图案校准架定位成面向自主汽车的后侧。当自主汽车正在传送带系统上组装时，摄像机捕获多图案校准架的图像。本实用新型可以在组装阶段期间有效地校准自主汽车的摄像机，由此使其适合于大规模生产。

附图说明

在下文中，将参考附图描述本实用新型的示例性优选实施例，其中：

图1描绘了包括多个图案面板的多图案校准架的支承结构的实施例；

图2描绘了支承结构的框架结构的实施例；

图3描绘了支承结构的球窝接头的实施例；

图4是支承结构的实施例的局部视图，该支承结构具有保持图案面板的球窝接头；

图5是摄像机校准系统的示意图，其中应用了支承结构；

图6是用户界面的屏幕截图，示出了包括图案面板的多图案校准架的图像；并且

图7a至图7c示出了可应用的校准图案的不同实施例。

具体实施方式

本公开提供了一种用于多图案校准架的支承结构，该支承结构包括框架结构和用于将图案面板紧固到该支承结构的紧固元件。

图1示出了具有支承结构的多图案校准架，该支承结构包括框架结构100和将图案面板120装配到所述支承结构的紧固元件110。支承结构包括框架结构100，而框架结构100包括框架部段101、102以及将框架部段101、102彼此接合的接头103、104，其中，紧固元件110附接到所述框架部段101、102，并且适于以方向可调的方式将图案面板120装配到框架结构100。

在所描绘的实施例中，框架结构100包括边缘框架部段101以及附加框架部段102，边缘框架部段101沿闭合形状布置，附加框架部段102直接或间接地联接到边缘框架部段101并且沿凹入形状布置。当然，框架结构100可以具有任何其它形式，例如伞形框架或扁平框架形式，这取决于例如实际的摄像机类型和畸变。

支承结构设计成牢固地保持带有校准图案的图案面板120。在一个实施例中，每个图案面板120根据待校准的摄像机的规格在支承结构上定位并定向。图案面板120可以借助于粘着、焊接、安装件等以任何角度、定向等附接到支承结构。

图2示出了倒置的支承结构的框架结构100的实施例。在所描绘的示例中，边缘框架部段101的闭合形状是圆形的，并且附加框架部段102沿其布置的凹入形状是圆顶形状。当然，可以应用任何其它闭合形状(例如多边形)和凹入形状(例如半球形)。

框架结构100优选地由弯曲的管段形成，所述弯曲的管段彼此附接，其中接头103形成为t形接头，且接头104形成为十字接头，如示例中所示。这些部段也可以由杆或其它型材制成，并且可以施加任何合适的接头，例如焊接或夹持件。

图3示出了紧固元件110的优选实施例。紧固元件110优选地是可拆卸地附接到附加框架部段102的球窝接头安装件，并且各自具有适于将图案面板120紧固到支承结构的紧固端部111。球窝接头安装件还包括螺纹夹持件112以及可锁定的球窝接头114，螺纹夹持件112具有可紧固的套筒113以用于固定在附加框架部段102上，可锁定的球窝接头114布置在套筒113与紧固端部111之间。紧固端部优选地带有螺纹接头，但是也可以想到任何其它紧固件，例如胶合或焊接。可以想到的是，如果需要，紧固元件110也可以附接到边缘框架部段101。紧固元件110优选地利用其紧固端部111延伸到凹入形状内部中并且至少部分地将图案面板120保持在凹入形状内部中。

可紧固的套筒113和可锁定的球窝接头114可用于调节图案面板120的3d定向。

图4示出了根据本实用新型的支承结构的实施例的局部视图，该支承结构具有保持图案面板120的球窝接头。通过使用具有球窝接头安装件的紧固元件110，图案面板120牢固地但可移除地附接到支承结构。主要地通过调节可锁定的球窝接头114并且辅助地通过调节可紧固的套筒113图案面板120可以任何位置和/或角度附接。

在图5中，作为使用该支承结构的非限制性示例，描绘了校准自主运载工具130的至少一个摄像机。摄像机校准包括各自具有根据本实用新型的支承结构四个多图案校准架，并且四个摄像机131、132、133、134安装在自主运载工具130中或上。多图案校准架包括用于校准自主运载工具130的摄像机131、132、133、134的多个图案面板120。在所示的示例中，校准摄像机131、132、133、134，同时在汽车组装厂中的传送带140上组装自主运载工具130。

摄像机131、132、133、134例如面向移动方向定位在自主运载工具130的引擎盖上以及面向与移动方向相反的方向定位在自主运载工具130的车顶上。每个多图案校准架定位在自主运载工具130的各个摄像机131、132、133、134的前面，使得多图案校准架面向各个摄像机131、132、133、134，并且多图案校准架的图案面板120覆盖各个摄像机131、132、133、134的视野。

图6示出了用户界面的屏幕截图，示出了包括支承框架100和图案面板120的多图案校准架的图像。待校准的摄像机131、132、133、134捕获保持图案面板120的多图案校准架的图像。然后根据已知技术处理图像以进行校准。

在示例中，多图案校准架包括至少两个图案面板。图案面板设置有包括校准形状的校准图案。校准图案是明确定义的重复图案。校准形状可以是例如正方形、圆形、椭圆形等。在示例中，校准图案可以是包括黑色方块或白色方块作为校准形状的棋盘格图案。在另一示例中，校准图案可以是包括由特定形状、大小或颜色的圆形制成的校准形状的圆形网格。

图7a至图7c示出校准图案的不同实施例。待附接到多图案校准架的每个图案面板120均设置有重复校准图案。校准图案可以是例如具有黑色或白色方块的棋盘格图案，包括黑色或白色圆形的圆形网格等。作为示例，图7a示出了棋盘校准图案。该校准图案包括在白板上用作校准形状的黑色方块。在另一个示例中，图7b示出了包括在黑板上用作校准形状的白色方块的另一种校准图案。在另一示例中，图7c示出了包括圆形网格的另一图案。校准图案包括在白板上用作校准形状的黑色圆形。

图案面板120上的校准图案的特征基于待校准的摄像机131、132、133、134的规格来确定。图案面板包括本质上是重复的校准图案，其具有明显的特征、强烈的对比度并且易于检测。图案面板可以是任何形状或尺寸，例如正方形、圆形、椭圆形等。图案面板可以由例如木材、塑料等制成。

前述已经解释了本实用新型，并且已经证明了它的显着优点。本实用新型使得在组装期间更快地校准自主运载工具130的摄像机131、132、133、134。通过使用包括多个图案面板120的多图案校准架的单个图像来校准自主运载工具130的摄像机131、132、133、134，分别减少了多个校准图案的图像获取所需的时间。因此，可以看出，时间效率和耐用的摄像机校准处理可以用于工厂应用，其中图案面板可以根据给定的摄像机和/或其它参数容易地调整。

以上已经参考前述实施例说明了本实用新型。然而，显然本实用新型不仅限于这些实施例，而是包括在本实用新型思想和所附权利要求的精神和范围内的所有可能的实施例。多图案校准架可以由多于一个的支承结构组成，并且可以带有任意数量的图案、图案面板。本实用新型适用于在任何技术应用中的校准摄像机，而不仅适用于运载工具的校准摄像机。

附图标记列表：

100框架结构

101(边缘)框架部段

102(附加)框架部段

103接头

104接头

110紧固元件

111紧固端部

112螺纹夹持件

113套筒

114可锁定的球窝接头

120图案面板

130运载工具

131摄像机

132摄像机

133摄像机

134摄像机

140传送带