本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定裝置、標(biāo)定方法及流水線(xiàn)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法，特別是涉及一種適用于無(wú)人機(jī)流水化生產(chǎn)線(xiàn)的攝像頭標(biāo)定裝置、標(biāo)定方法及流水線(xiàn)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

求解相機(jī)內(nèi)部參數(shù)的過(guò)程稱(chēng)為攝像頭標(biāo)定。攝像頭的標(biāo)定的精度決定著攝像頭在應(yīng)用中的效果。在無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行測(cè)量，規(guī)避障礙物，跟蹤目標(biāo)時(shí)，對(duì)攝像頭標(biāo)定的要求十分高。在無(wú)人機(jī)的搭載攝像頭裝配過(guò)程中，由于受批次工藝影響，存在裝配誤差，需要對(duì)攝像頭進(jìn)行快速、高精度的標(biāo)定。

基于平面標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定的張正友標(biāo)定法因其簡(jiǎn)便性得到了廣泛的應(yīng)用(Zhang Z.A Flexible New Technique for Camera Calibration[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis&Machine Intelligence,2000,22(11):1330-1334)。這種方法需要拍攝三張以上不同角度的照片，并需要在照片上需要人工指定幾個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)。因此需要移動(dòng)標(biāo)定板或者攝像頭。在無(wú)人機(jī)攝像頭流水化裝配生產(chǎn)線(xiàn)上，

這種標(biāo)定方法顯得繁瑣，并且難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定裝置、標(biāo)定方法及流水線(xiàn)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法，方法更加簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，尤其是在應(yīng)用到無(wú)人機(jī)流水化生產(chǎn)線(xiàn)上，能夠降低對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化的要求，同時(shí)更加快速實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定裝置，包括無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)及平面標(biāo)定板；所述無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)用于對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行固定，并且使無(wú)人機(jī)攝像頭CMOS平面與無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)平行時(shí)，無(wú)人機(jī)攝像頭正對(duì)所述平面標(biāo)定板；所述平面標(biāo)定板為水平橫線(xiàn)和垂直豎線(xiàn)組成的網(wǎng)格平面標(biāo)定板。

安裝無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)，并將平面標(biāo)定板固定安裝，使平面標(biāo)定板與固定平臺(tái)縱向軸線(xiàn)垂直，將無(wú)人機(jī)固定在無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)上，即使無(wú)人機(jī)攝像頭CMOS平面與無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)平行時(shí)，平面標(biāo)定板與無(wú)人機(jī)攝像頭CMOS平面的法線(xiàn)呈平行，拍攝一張平面標(biāo)定板圖像。

作為優(yōu)選，所述無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)上設(shè)置有卡槽，用于固定無(wú)人機(jī)，使每次無(wú)人機(jī)固定的相對(duì)位置相同。

作為優(yōu)選，所述網(wǎng)格平面標(biāo)定板為國(guó)際象棋棋盤(pán)狀分布的平面標(biāo)定板。

作為優(yōu)選，所述網(wǎng)格平面標(biāo)定板為國(guó)際象棋黑白相間網(wǎng)格棋盤(pán)狀分布的平面標(biāo)定板。

一種基于上述無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定裝置的無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定方法，包括：常規(guī)標(biāo)定及常規(guī)標(biāo)定修正；

所述常規(guī)標(biāo)定為利用常規(guī)標(biāo)定法對(duì)同批次同類(lèi)型的攝像頭中其中一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得該同批次同類(lèi)型攝像頭的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)；

常規(guī)標(biāo)定修正為：將無(wú)人機(jī)固定在無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)上后，其攝像頭對(duì)平面標(biāo)定板進(jìn)行拍照，對(duì)拍攝的標(biāo)定圖像進(jìn)行處理，利用平面標(biāo)定板中間畸變較小部分的標(biāo)定圖像，通過(guò)網(wǎng)格塊邊緣在圖像上的長(zhǎng)度的變化，分析出網(wǎng)格板的幾何變換角度，根據(jù)幾何變換角度進(jìn)而求出小角度旋轉(zhuǎn)矩陣R，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)標(biāo)定獲得的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)的修正。

由于攝像頭在裝配過(guò)程中會(huì)存在一定的傾斜角度，因此攝像頭的CMOS平面和平面標(biāo)定板的法線(xiàn)存在夾角，通過(guò)此步可以求出法線(xiàn)間的夾角。對(duì)拍攝的標(biāo)定板圖像進(jìn)行處理，利用平面標(biāo)定板中間畸變較小部分的標(biāo)定圖像，通過(guò)網(wǎng)格塊邊緣在圖像上的長(zhǎng)度的變化，分析出網(wǎng)格板的幾何變換角度。

由于裝配過(guò)程存在的工藝問(wèn)題，攝像頭的CMOS平面可能會(huì)發(fā)生一定角度的傾斜。如圖2所示，當(dāng)CMOS平面由于傾斜，繞Z軸旋轉(zhuǎn)了α角度。原本拍攝出的標(biāo)定板圖像應(yīng)如圖3左側(cè)所示效果，而因?yàn)镃MOS平面的傾斜，標(biāo)定板圖像將變?yōu)閳D3右側(cè)所示一邊長(zhǎng)，一邊短的效果。若將傾斜角度α求出，則可以求出小角度旋轉(zhuǎn)矩陣R，就可以對(duì)攝像頭內(nèi)外參數(shù)以及畸變系數(shù)進(jìn)行修正。

作為優(yōu)選，其中，利用常規(guī)標(biāo)定法對(duì)同批次同類(lèi)型的攝像頭中其中一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得同批次同類(lèi)型攝像頭的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)的具體方法為：用無(wú)人機(jī)攝像頭對(duì)平面標(biāo)定板進(jìn)行不同角度，不同距離的拍攝，然后利用常規(guī)的張正友標(biāo)定法對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得攝像頭內(nèi)參、外參以及畸變系數(shù)。

如圖4所示，O為攝像機(jī)鏡頭，O₁為平面AB的中點(diǎn)，O₂為平面A'B'的中點(diǎn)。平面AB為平面標(biāo)定板上的一個(gè)方形網(wǎng)格塊邊緣，長(zhǎng)度為2a。當(dāng)標(biāo)定板傾斜α角度后，CD為傾斜標(biāo)定板上方形網(wǎng)格塊邊緣。A'B'和C'D'分別為AB和CD在CMOS平面上的對(duì)應(yīng)成像。而B(niǎo)'D'為兩次成像的邊緣差距，其長(zhǎng)度是可測(cè)量的，并記為x'，BD的長(zhǎng)度記為x，OO₁長(zhǎng)度記為l，OO₂長(zhǎng)度記為l'，由此幾何關(guān)系可得到：

那么傾斜角度α則表示為：

作為優(yōu)選，根據(jù)幾何變換角度進(jìn)而求出小角度旋轉(zhuǎn)矩陣R，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)標(biāo)定獲得的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)的修正的具體方法為：

未考慮幾何變換角度的像點(diǎn)物理坐標(biāo)經(jīng)過(guò)α角度的旋轉(zhuǎn)，就可以得到經(jīng)過(guò)角度修正后考慮畸變的像點(diǎn)物理坐標(biāo)，將兩個(gè)物理坐標(biāo)關(guān)系用矩陣相乘的形式可表達(dá)為

而理想小孔模型下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)和世界坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

其中，α為幾何變換角度；[x_I,y_I,1]^T為未考慮幾何變換角度的像點(diǎn)物理坐標(biāo)；[x_d,y_d,1]^T為考慮畸變的情況下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)；[x_p,y_p,1]^T為理想小孔模型下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)；R為小角度旋轉(zhuǎn)矩陣；[x_W,y_W,1]^T為世界坐標(biāo)；[x_I,y_I,1]^T經(jīng)小角度旋轉(zhuǎn)后得到[x_d,y_d,1]^T，故R可表達(dá)為：

M描述空間點(diǎn)到圖像點(diǎn)的中心透視投影關(guān)系，為投影矩陣；[x_p,y_p,1]^T為理想小孔模型下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)，表達(dá)為畸變修正方程為：

其中k₁，k₂為徑向畸變系數(shù)，r²＝x_d²+y_d²。

一種基于上述無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定方法的流水線(xiàn)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法，具體方法步驟為：

一、常規(guī)標(biāo)定：利用常規(guī)標(biāo)定法對(duì)同批次同類(lèi)型的攝像頭中其中一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得該同批次同類(lèi)型攝像頭的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)；

二、將無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)搭載在流水線(xiàn)傳送帶上，并在無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)縱向軸線(xiàn)垂直處安裝平面標(biāo)定板；

三、處理拍攝網(wǎng)格并修正參數(shù)：

a、打開(kāi)傳送帶，每架無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)時(shí)，傳送帶停頓一個(gè)固定時(shí)間，無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)將無(wú)人機(jī)固定，經(jīng)過(guò)固定的無(wú)人機(jī)的縱向軸線(xiàn)與平面標(biāo)定板法線(xiàn)平行，并對(duì)平面標(biāo)定板進(jìn)行拍照；

b、將拍照?qǐng)D片傳回計(jì)算機(jī)端，并分析其幾何變換角度；

c、利用幾何變換角度對(duì)攝像頭鏡頭外參數(shù)和畸變系數(shù)進(jìn)行修正。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：利用幾何關(guān)系的推導(dǎo)以及利用幾何變換角優(yōu)化攝像頭內(nèi)參和外參的方法，不但標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且能有效準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)攝像頭的標(biāo)定，能夠?qū)⒃瓉?lái)需要拍攝三張不同角度的照片減少為拍攝一張，實(shí)現(xiàn)了單張照片、快速簡(jiǎn)便的攝像頭標(biāo)定；不僅適用于無(wú)人機(jī)攝像頭，其他攝像頭的標(biāo)定都可以使用本發(fā)明方法及裝置。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明其中一實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為攝像頭CMOS平面傾斜效果示意圖。

圖3為攝像頭傾斜拍攝效果示意圖。

圖4為傾斜角度求解示意圖。

圖5為本發(fā)明標(biāo)定方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。

圖6為本發(fā)明其中一實(shí)施例的無(wú)人機(jī)生產(chǎn)流水線(xiàn)應(yīng)用實(shí)例示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本說(shuō)明書(shū)(包括摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。

具體實(shí)施例1

如圖1所示，一種無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定裝置，包括無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)及平面標(biāo)定板；所述無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)用于對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行固定，并且使無(wú)人機(jī)攝像頭CMOS平面與無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)平行時(shí)，無(wú)人機(jī)攝像頭正對(duì)所述平面標(biāo)定板；所述平面標(biāo)定板為水平橫線(xiàn)和垂直豎線(xiàn)組成的網(wǎng)格平面標(biāo)定板。

具體實(shí)施例2

如圖1所示，在具體實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)上設(shè)置有卡槽，用于固定無(wú)人機(jī)，使每次無(wú)人機(jī)固定的相對(duì)位置相同。

具體實(shí)施例3

在具體實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，所述網(wǎng)格平面標(biāo)定板為國(guó)際象棋棋盤(pán)狀分布的平面標(biāo)定板。

具體實(shí)施例4

如圖1所示，在具體實(shí)施例1到3之一的基礎(chǔ)上，所述網(wǎng)格平面標(biāo)定板為國(guó)際象棋黑白相間網(wǎng)格棋盤(pán)狀分布的平面標(biāo)定板。

具體實(shí)施例5

如圖5所示，在具體實(shí)施例1到4之一的基礎(chǔ)上，一種基于上述無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定裝置的無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定方法，包括：常規(guī)標(biāo)定及常規(guī)標(biāo)定修正；

所述常規(guī)標(biāo)定為利用常規(guī)標(biāo)定法對(duì)同批次同類(lèi)型的攝像頭中其中一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得該同批次同類(lèi)型攝像頭的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)；

常規(guī)標(biāo)定修正為：將無(wú)人機(jī)固定在無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)上后，其攝像頭對(duì)平面標(biāo)定板進(jìn)行拍照，對(duì)拍攝的標(biāo)定圖像進(jìn)行處理，利用平面標(biāo)定板中間畸變較小部分的標(biāo)定圖像，通過(guò)網(wǎng)格塊邊緣在圖像上的長(zhǎng)度的變化，分析出網(wǎng)格板的幾何變換角度，根據(jù)幾何變換角度進(jìn)而求出小角度旋轉(zhuǎn)矩陣R，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)標(biāo)定獲得的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)的修正。

具體實(shí)施例6

在具體實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，其中，利用常規(guī)標(biāo)定法對(duì)同批次同類(lèi)型的攝像頭中其中一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得同批次同類(lèi)型攝像頭的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)的具體方法為：用無(wú)人機(jī)攝像頭對(duì)平面標(biāo)定板進(jìn)行不同角度，不同距離的拍攝，然后利用常規(guī)的張正友標(biāo)定法對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得攝像頭內(nèi)參、外參以及畸變系數(shù)。

具體實(shí)施例7

在具體實(shí)施例5或6的基礎(chǔ)上，根據(jù)幾何變換角度進(jìn)而求出小角度旋轉(zhuǎn)矩陣R，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)標(biāo)定獲得的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)的修正的具體方法為：

未考慮幾何變換角度的像點(diǎn)物理坐標(biāo)經(jīng)過(guò)α角度的旋轉(zhuǎn)，就可以得到經(jīng)過(guò)角度修正后考慮畸變的像點(diǎn)物理坐標(biāo)，將兩個(gè)物理坐標(biāo)關(guān)系用矩陣相乘的形式可表達(dá)為

而理想小孔模型下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)和世界坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

其中，α為幾何變換角度；[x_I,y_I,1]^T為未考慮幾何變換角度的像點(diǎn)物理坐標(biāo)；[x_d,y_d,1]^T為考慮畸變的情況下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)；[x_p,y_p,1]^T為理想小孔模型下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)；R為小角度旋轉(zhuǎn)矩陣；[x_W,y_W,1]^T為世界坐標(biāo)；[x_I,y_I,1]^T經(jīng)小角度旋轉(zhuǎn)后得到[x_d,y_d,1]^T，故R可表達(dá)為：

M描述空間點(diǎn)到圖像點(diǎn)的中心透視投影關(guān)系，為投影矩陣；[x_p,y_p,1]^T為理想小孔模型下像點(diǎn)的物理坐標(biāo)，表達(dá)為畸變修正方程為：

其中k₁，k₂為徑向畸變系數(shù)，r²＝x_d²+y_d²。

具體實(shí)施例8

在具體實(shí)施例5到7之一的基礎(chǔ)上，一種基于上述無(wú)人機(jī)攝像頭標(biāo)定方法的流水線(xiàn)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)方法，具體方法步驟為：

一、常規(guī)標(biāo)定：利用常規(guī)標(biāo)定法對(duì)同批次同類(lèi)型的攝像頭中其中一個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，獲得該同批次同類(lèi)型攝像頭的內(nèi)參、外參及畸形系數(shù)；

二、將無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)搭載在流水線(xiàn)傳送帶上，并在無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)縱向軸線(xiàn)垂直處安裝平面標(biāo)定板；

三、處理拍攝網(wǎng)格并修正參數(shù)：

a、打開(kāi)傳送帶，每架無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)時(shí)，傳送帶停頓一個(gè)固定時(shí)間，無(wú)人機(jī)固定平臺(tái)將無(wú)人機(jī)固定，經(jīng)過(guò)固定的無(wú)人機(jī)的縱向軸線(xiàn)與平面標(biāo)定板法線(xiàn)平行，并對(duì)平面標(biāo)定板進(jìn)行拍照；

b、將拍照?qǐng)D片傳回計(jì)算機(jī)端，并分析其幾何變換角度；

c、利用幾何變換角度對(duì)攝像頭鏡頭外參數(shù)和畸變系數(shù)進(jìn)行修正。

本發(fā)明方案通過(guò)幾何變換角來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方法便捷。在裝置方面僅需一個(gè)固定平臺(tái)以及棋盤(pán)標(biāo)定板即可；在方法方面，傳統(tǒng)的張正友標(biāo)定法需要三張以上不同的照片來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。而本專(zhuān)利方法可以通過(guò)分析一張照片的幾何變換角，對(duì)無(wú)人機(jī)攝像頭的內(nèi)參、外參以及畸變系數(shù)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)了僅需一張照片就能實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)攝像頭的標(biāo)定。

總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明方案更加簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，尤其是在應(yīng)用到無(wú)人機(jī)流水化生產(chǎn)線(xiàn)上，可以降低對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化的要求，同時(shí)更加快速實(shí)現(xiàn)標(biāo)定，具有重要的使用價(jià)值和意義。