[发明专利]相机外参标定方法、设备及系统

说明书

本发明提供了一种相机外参标定方法、设备及系统，涉及机器人视觉技术领域，首先采集相机多次拍摄的标志器在不同角度下的平面镜中所成的标定图像；然后将标志器中的实际标志点在标志器坐标系中的坐标转换到相机坐标系，建立由旋转矩阵和位移矩阵表示的第一方程，根据两个不同角度下的平面镜所在平面的交线，以及对应镜面标志点间的位置关系，建立第二方程；由镜面标志点在相机坐标系下的相对位置关系，以及标定图像中的标志点在像素坐标系中的坐标，得到镜面标志点在相机坐标系中的坐标；通过联立第一方程和第二方程，并根据镜面标志点在相机坐标系中的坐标，求得旋转矩阵和平移矩阵。这能够有效提高相机外参标定的效率和精确度。

技术领域

本发明涉及机器人视觉技术领域，尤其是涉及一种相机外参标定方法、设备及系统。

背景技术

现有技术中的相机外参标定方法，通常利用标志器来标定相机坐标系相对于所选参照物体上坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，需要多次拍摄标志器，获取多个角度的标志器图像，利用这些图像进行相机外参标定。然而这种方法只在相机能够看到标志器的前提下才能实现，当相机无法看到标志器时，显然不能直接标定出相机坐标系相对于标志器上坐标系的外参矩阵；当前较为广泛采用的解决办法是借助平面镜，让相机拍摄到标志器在平面镜中所成的像，并将平面镜移动到多个不同的位置和姿态(位姿)，通过再次进行拍摄的方法计算出相机的外参矩阵。

当前在借助平面镜实现相机外参标定这个问题上，平面镜的数量以及平面镜相对相机摆放的位姿是否需要预先确定，主要呈现出两种不同的方法：一种是，在不同的位姿下摆放5块平面镜，平面镜相对相机的位姿不需要预先确定；另一种是，在不同的位姿下摆放3块平面镜，平面镜相对相机的位姿需要预先确定。其中，前一种方式，要求摆放的平面镜数目较多，与其对应的工作量也较大；后一种方式，因为相机坐标系的原点即光心位置未知，导致平面镜相对于相机的位姿难以精确测得。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相机外参标定方法、设备及系统，能够有效提高相机外参标定的效率和精确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种相机外参标定方法，所述方法包括：

当平面镜旋转多次至不同的角度时，采集相机多次拍摄的标定图像；所述标定图像为标志器在所述平面镜中所成的图像；

将标志器中的实际标志点在标志器坐标系中的坐标转换到相机坐标系，并建立由旋转矩阵和平移矩阵表示的第一方程；

根据所述平面镜处于两个不同角度下时所在平面的交线，与对应的镜面标志点之间的位置关系，建立第二方程；所述镜面标志点为所述标志器中对应的实际标志点在所述平面镜中成的像；

根据所述标定图像中的标志点在像素坐标系中的坐标，确定所述镜面标志点在所述相机坐标系中的坐标；

联立所述第一方程和所述第二方程，并根据所述镜面标志点在相机坐标系中的坐标，求得所述旋转矩阵和平移矩阵。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述标志器包括预先设置的至少4个实际标志点，所述标志器坐标系是以所述实际标志点所组成的图案的中心为原点建立的。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述将标志器中的实际标志点在标志器坐标系中的坐标转换到相机坐标系，并建立由旋转矩阵和平移矩阵表示的第一方程为：

pⁱ＝R·^Lpⁱ+T