[发明专利]一种单帧图像的相机标定方法、标定操作方法及标定装置

说明书

技术领域

本发明涉及相机标定领域，尤其是涉及一种标定装置，一种基于单帧标定图 像和单个标定装置的相机标定方法，以及一种基于单帧标定图像和单个标定装置 的相机标定操作方法。

背景技术

相机标定是图像处理技术中非常重要的技术，在图像测量过程以及机器视觉 应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相 互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大 多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之 为相机标定。

为实现快速完成相机标定工作，亟需一种能够基于一帧图像完成相机标定的 方法和标定装置。如图1所示，图1描述了一种现有的标定装置，该标定装置包 括标定支架7和设置在标定支架上的四个姿态不同的标定基板1，通过对四个标 定基板1的图像进行分析处理，完成相机标定。虽然该种标定装置能够实现仅拍 摄一次图像即可完成相机标定，但该标定装置存在标定精度不稳定、受标定装置 间的相对姿态影响较大、由于采用多张标定基板造成整体占用体积大等问题。

比如，张正友提出了利用一个国际象棋棋盘状的标定装置来进行标定方法。 该标定方法需要摄像头从不同角度对标定装置拍摄多张标定图像，拍摄图片的角 度越多越好。这种方法可以实现对摄像头内部参数和外部参数的标定，其精确度 随拍摄角度的增多和清晰度的加大而增大。但是，张正友标定法需要拍摄的标定 图片太多，一次标定需要对多帧图像进行处理，这对于需要对大量摄像头标定或 是希望仅做简洁快速标定的情况都不太适用。

另外，对于手机、平板、可穿戴设备等智能移动设备，其相机成像一般会同 时出现径向畸变和切向畸变。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种标定装置，一种基 于单帧标定图像和单个标定装置的相机标定方法，以及一种基于单帧标定图像和 单个标定装置的相机标定操作方法。

本发明采用的技术方案如下：

(1)标定装置

本发明提出了一种标定装置，包括标定基板，所述标定基板上设置有若干个 标志结构，若干个所述标志结构被排列形成具有固定距离的阵列结构，所述阵列 结构的四角外侧均设置有至少两个球状标定件，所述球状标定件和所述标志结构 处于同一可视面，至少八个所述球状标定件在相机的成像中投影为椭圆状图像， 且至少八个所述椭圆状图像的长轴线相交。

基于上述标定装置实施例，进一步的，所述标定基板的四角中，每个角的两 侧均设置有至少一个球状标定件。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述标志结构包括矩形状结构。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述标志结构包括圆形状结构。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述球状标定件包括圆球。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述球状标定件包括球缺。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述球状标定件通过连接件被设 置在所述标定基板的四角。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述球状标定件通过粘接的方式 被设置在所述标定基板的四角。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，所述标定基板上设置有容纳槽， 所述球状标定件通过所述容纳槽被设置在所述标定基板的固定位置处。

基于上述任一标定装置实施例，进一步的，若干个所述标志结构为印刷制成 的涂层。

(2)标定方法

本发明还提出了一种基于单帧图像的相机标定方法，所述标定方法包括以下 步骤：

获取一帧由待标定相机面向一个标定装置采集的标定图像，所述标定图像中 包括具有固定间距的阵列图像和多个位于阵列图像四角外侧的由球状标定件形 成的椭圆状图像；

对所述标定图像进行二值化处理，得到二值图像；

在所述二值图像中，提取连通区域，根据连通区域的形状指标和面积指标， 确定椭圆状候选区域；

对所述椭圆状候选区域提取椭圆，通过每个椭圆的长轴线，计算待标定相机 的主点坐标参数，进行相机标定。

基于上述标定方法的实施例，进一步的，对所述椭圆状候选区域提取椭圆时， 计算每个椭圆的椭圆参数，所述椭圆参数包括椭圆中心坐标、长半轴、短半轴及 旋转角度，得到各个椭圆的长轴方程，确定每个椭圆的长轴线。

基于上述任一标定方法的实施例，进一步的，计算待标定相机的主点坐标参 数的过程包括以下两种之一。

其一为：

①设迭代计数k＝1；