[0001] 本申请实施例涉及影像设备标定技术领域，尤其涉及一种用于影像设备的标定装置。

[0002] 在工业、医疗等领域中，为了满足三维成像、宽光谱、超广角等需求，影像设备由简单的具有单目相机的影像设备发展为具有双目相机的影像设备。

[0003] 如图1‑图3所示，具有双目相机的影像设备包括第一相机201和第二相机202，双目相机的位姿即第一相机201和第二相机202摆放的位置具有多样化，例如，第一相机和第二
相机平行的摆放方式(如图1所示)，第一相机的光轴和第二相机的光轴相交的摆放方式(如
图2所示)以及第一相机的光轴和第二相机的光轴垂直的摆放方式(如图3所示)等，其中，第
一相机的光轴和第二相机的光轴垂直时，第一相机和第二相机之间设置有分光镜203。为保
证第一相机201和第二相机202之间的相对关系准确，需要对双目相机的位姿进行标定，并
且在具有双目相机的影像设备的生产过程中，由于加工误差和安装误差的存在，使得同一
型号的双目相机之间的位姿也存在差异性，因此每一个双目相机都需要进行位姿标定。

[0004] 然而，在相关技术中，不同类型的双目相机具有不同的标定装置，这使得双目相机位姿标定装置的通用性较差，不利于产线升级。
实用新型内容

[0005] 本申请实施例提供一种用于影像设备的标定装置，用以解决双目相机位姿标定装置通用性较差的技术问题。

[0006] 本申请实施例为解决上述技术问题提供如下技术方案：

[0007] 本申请实施例提供了一种用于影像设备的标定装置，包括：

[0008] 支撑台，所述支撑台用于放置待标定的成像单元；

[0009] 升降台，所述升降台设置于所述支撑台的下部，所述升降台能够相对于所述支撑台升降，以改变所述升降台与所述支撑台之间的距离；

[0010] 标定板，所述标定板位置可调的设置于所述升降台上，所述待标定的成像单元置于所述支撑台上对所述标定板进行拍摄。

[0011] 本申请实施例提供的标定装置的有益效果与上述影像设备的图像标定方法的有益效果相同，在此不再赘述。

[0012] 在一种可能的实施方式中，所述标定板与所述支撑台相对的表面上设置有标定图像，所述标定图像至少包括一个圆形和两条相互垂直的直线。

[0013] 在一种可能的实施方式中，所述标定图像包括两个圆形和两条相互垂直的直线，且两个圆形为同心圆，两条直线的垂直相交点位于所述圆形的圆心。

[0014] 在一种可能的实施方式中，所述成像单元包括第一相机和第二相机，所述第一相机为主相机，所述标定板的尺寸大于所述第一相机在标定的最大距离时的视野；

[0015] 所述圆形的圆心位于所述标定板的中心，对所述待标定的成像单元标定时，所述标定板的中心与所述第一相机的光轴重合。

[0016] 在一种可能的实施方式中，所述标定板为方形结构，所述标定板的边长为260mm‑400mm。

[0017] 在一种可能的实施方式中，所述支撑台上设置有第一让位孔，所述待标定的成像单元的成像镜头在所述支撑台上的正投影位于所述第一让位孔内。

[0018] 在一种可能的实施方式中，所述支撑台和所述标定板平行设置，所述支撑台上还设置有用于检测所述待标定的成像单元的拍摄距离的测距模块。

[0019] 在一种可能的实施方式中，所述标定装置还包括用于驱动所述升降台升降的升降驱动组件。

[0020] 在一种可能的实施方式中，所述升降驱动组件包括丝杆、用于驱动丝杆转动的电机、可移动的设置于所述丝杆上的滑动座以及用于对所述滑动座导向的滑轨，所述升降台
固定连接于所述滑动座上。

[0021] 在一种可能的实施方式中，所述标定装置还包括处理终端和存储模块，所述处理终端具有人机交互界面；

[0022] 所述待标定的成像单元、所述升降驱动组件和所述存储模块分别与所述处理终端通信连接；

[0023] 所述处理终端控制所述待标定的成像单元和所述升降驱动组件运作，且接收所述待标定的成像单元反馈的数据，并对接受的数据进行处理以获取标定参数；

[0024] 所述标定参数存储于所述存储模块内。

[0041] 在相关技术中，为保证第一相机和第二相机之间的相对关系准确，需要对双目相机的位姿进行标定，并且在具有双目相机的影像设备的生产过程中，由于加工误差和安装
误差的存在，使得同一型号的双目相机之间的位姿也存在差异性，因此每一个双目相机都
需要进行位姿标定，但是不同类型的双目相机(第一相机和第二相机的摆放位置不同)具有
不同的标定装置，即针对特定类型的双目相机设计特定的标定装置，定制化成本高，应用不
灵活，不利于产线升级。

[0042] 有鉴于此，本申请实施例通过标定板设置于升降台上，以升降台的升降来改变待标定的成像单元的拍摄距离，待标定的成像单元放置于支撑台上，支撑台适用于不同类型
的待标定的成像单元的放置，通用性高。

[0043] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基
于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0044] 图1为相关技术中一种第一相机和第二相机的摆放位置图；图2为相关技术中另一种第一相机和第二相机的摆放位置图；图3为相关技术中另一种第一相机和第二相机的摆
放位置图；图5为本申请实施例中标定板的结构示意图；图6为第二基准图片的示意图；图7
为第二图片的示意图；图8为第二图片经旋转后的示意图；图9为第一图片经缩放后置于第
二图片所在平面的示意图；图10、为本申请实施例中标定装置标定影像设备的标定流程图。

[0045] 在本申请实施例中，如图1‑图3所示影像设备包括第一相机201和第二相机202，其中，第一相机201和第二相机202的波长可以相同，也可以不同，且第一相机201和第二相机
202的摆放位置可以为如图1所示的平行，也可以为如图2所示的第一相机201的光轴和第二
相机202的光轴相交，还可以为如图3所示的第一相机201的光轴和第二相机202的光轴垂
直，本申请实施例提供影像设备图像标定装置能够适用于上述任一情况的影像设备的成像
单元的标定。

[0046] 如图4所示，本申请实施例提供的用于影像设备的标定装置包括支撑台102、升降台105和标定板106，其中，支撑台102用于放置待标定的成像单元101，支撑台102固定设置，升降台105设置于支撑台102的下部，升降台105能够相对于支撑台102升降，以改变升降台
105与支撑台102之间的距离，标定板106位置可调的设置于升降台105上，待标定的成像单
元101置于支撑台102上对标定板106进行拍摄，并通过升降台105的升降来调节待标定的成
像单元101的拍摄距离，使得该标定装置能够满足不同类型的成像单元的拍摄距离的需求。
此标定装置配合下述的标定方法使用，待标定的成像单元101放置于支撑台102上，支撑台
102适用于不同类型的待标定的成像单元101的放置，通用性高，即该标定装置适用于多种
成像单元的标定，通用性高。

[0047] 在本申请一些实施例中，第一相机为主相机。为提高本申请实施例中标定装置的普适性，标定板106需要尺寸足够大，保证标定板106的尺寸大于第一相机在标定的最大距
离时的视野。可选的，标定板106为方形结构，标定板106的边长为260mm‑400mm，如300mm。

[0048] 如图5所示，标定板106与支撑台102相对的表面上设置有标定图像1061，标定图像1061至少包括一个圆形和两条相互垂直的直线。可选的，标定图像1061包括两个圆形和两
条相互垂直的直线，且两个圆形为同心圆，两条直线的垂直相交点位于圆形的圆心且圆心
位于标定板106的中心，在对待标定的成像单元101标定时，标定板106的中心与第一相机的
光轴重合。由于标定板106的尺寸较大，标定图像1061的中心设置于标定板106的中心区域
能够保证在任一拍摄距离下，标定板106上的标定图像1061均能够在第一相机和第二相机
的视野范围内，保证标定的准确性，保证标定的准确性，并且两条相互垂直的直线的设置为
标定板106的中心与第一相机的光轴重合提供基准，即在对待标定的成像单元101标定时，
第一相机的拍摄十字与标定板106上的十字重合，从而使得标定板106的中心与第一相机的
光轴重合，对位方便且快速。在本申请实施例中，标定板106可以直接安放在升降台105上，
在成像单元标定时，通过移动标定板106使得第一相机的光轴与标定板106的中心重合。

[0049] 在本申请的一些实施例中，支撑台102上设置有第一让位孔，待标定的成像单元101的成像镜头在支撑台102上的正投影位于第一让位孔内，也就是说，第一让位孔为待标
定的成像单元101的拍摄让位，使得待标定的成像单元101能够透过第一让位孔拍摄到位于
支撑台102下部的标定板106。第一让位孔的设置使得支撑台102不会遮挡住待标定的成像
单元101使其能够顺利的对标定板106拍照，第一让位孔的尺寸大于一般成像单元的成像镜
头的面积，使得支撑台102能够适用于对不同的成像单元的标定。

[0050] 在本申请的一些实施例中，支撑台102和标定板106平行设置，支撑台102上还设置有用于检测待标定的成像单元101的拍摄距离的测距模块107，也就是说，测距模块107测量
的起始位点与成像单元拍摄的起始位点相同，成像单元拍摄标定板106，测距模块107测量
的终点位于标定板106上，测距模块107通过测量其与标定板106之间的垂直距离来获取成
像单元的拍摄距离，此设置能够精确的确定拍摄距离。

[0051] 在本申请的另一些可能的实施例中，拍摄距离的确定也可以通过标尺读取支撑台102与升降台105之间的距离，来推算出拍摄距离，也可以通过控制升降台105的升降距离来
推算出拍摄距离。

[0052] 在本申请的一些实施例中，标定装置还包括用于驱动升降台105升降的升降驱动组件104。可选的，升降驱动组件104包括丝杆、用于驱动丝杆转动的电机103、可移动的设置于丝杆上的滑动座以及用于对滑动座导向的滑轨，升降台105固定连接于滑动座上，滑动座
与丝杆配合在电机103的驱动作用下，使得滑动座沿着丝杆和滑轨滑动，从而使得升降台
105实现升降，其中，电机103可选为步进电机103或伺服电机103等，此设置能够精确的控制
成像单元的拍摄距离。

[0053] 当然，本申请实施例中的升降驱动组件104不限于上述结构，其也可以为同步带带动升降台105升降。

[0054] 在本申请的一些实施例中，标定装置还包括处理终端和存储模块，处理终端具有人机交互界面，待标定的成像单元101、升降驱动组件104和存储模块分别与处理终端通信
连接，处理终端控制待标定的成像单元101和升降驱动组件104运作，且接收待标定的成像
单元101反馈的数据，并对接受的数据进行处理以获取标定参数，标定参数存储于存储模块
内。

[0055] 采用本申请实施例提供的标定装置标定影像设备图像的标定方法包括如下步骤：

[0056] 获取第一相机和第二相机的畸变参数；

[0057] 获取第一图片和第二图片，第一图片为第一相机拍摄的标定板图片根据第一相机的畸变参数进行畸变校正后形成的图片，第二图片为第二相机拍摄的标定板图片根据第二
相机的畸变参数进行畸变校正后形成的图片，第一图片和第二图片在相同的拍摄距离下获
取；

[0058] 获取使得第一图片和第二图片在第一平面内重合的几何变换参数；

[0059] 根据获取的几何变换参数变换第一图片和/或第二图片，并融合变换后的第一图片和第二图片；

[0060] 以设定步长改变拍摄距离，将获取的每一拍摄距离下的畸变参数和几何变换参数保存于配置文件中。

[0061] 值得说明的是，第一相机和第二相机的畸变参数为常量，在本申请实施例提供的影像设备的图像标定方法中，第一相机和第二相机的畸变参数获取一次即可，保存每一拍
摄距离下的畸变参数时，将第一次获取的畸变参数调出保存即可，当然第一相机和第二相
机的畸变参数也可以在每一拍摄距离下均获取一次，在此不做具体限定。此外，获取使得第
一图片和第二图片在第一平面内重合的几何变换参数后，可以按照获取的几何变换参数变
换第一图片使其与第二图片重合，然后融合第一图片和第二图片，也可以按照获取的几何
变换参数变换第二图片使其与第一图片重合，然后融合第二图片和第一图片，还可以按照
获取的几何变换参数同时变换第一图片和第二图片，即部分几何变换参数用于变换第一图
片，另一部分几何变换参数用于变换第二图片，使得第一图片和第二图片在第一平面内重
合，然后融合第一图片和第二图片。也就是说，获取使得第一图片和第二图片在第一平面内
重合的几何变换参数，以获取的几何变换参数变换第一图片和/或第二图片后，融合第一图
片和第二图片。

[0062] 本申请实施例提供的影像设备的图像标定方法简单，其只需要获取两组参数即可对第一相机和第二相机进行标定，并且通过标定时融合第一图片和第二图片来校验标定结
果，标定精度较高。

[0063] 在本申请的一些实施例中，几何变换参数包括旋转参数、缩放参数和平移位置参数，其中，旋转参数为第二图片相对于第一图片的旋转角度α，缩放参数为第一图片相对于
第二图片的缩放比例，平移位置参数为第一图片向第二图片移动，并移动至两张图片的中
心重合时的移动参数，平移位置参数包括横向移动距离和纵向移动距离。也就是说，第一图
片和/或第二图片通过旋转、缩放和平移的变换实现第一图片和第二图片在第一平面内重
合。在本申请实施例中，第一相机为主相机，使得第一图片和第二图片在第一平面内重合的
方式为，第二图片相对于第一图片以获取的α角度旋转，第一图片相对于第二图片以获取的
缩放比例缩放，第一图片向第二图片以获取的平移位置参数平移，以使得第一图片和第二
图片在第一平面内重合。当然，在另一些实施例中，使得第一图片和第二图片在第一平面内
重合的处理方式不仅限于上述方式，其也可以为第二图片经旋转、缩放、平移后与第一图片
重合等，在此不作具体限定。

[0064] 如图10所示，在本申请的一些实施例中，采用本申请实施例提供的标定装置标定影像设备图像的具体标定方法包括如下步骤：

[0065] S100、获取第一相机和第二相机的畸变参数：在基准拍摄距离下，对第一相机拍摄的标定板图片进行畸变校正形成第一基准图片，并获取第一畸变参数D1＝(k11，k12，k13，p11，p12)，以第一基准图片为基准，对第二相机拍摄的标定板图片进行畸变校正形成第二基准图
片，并获取第二畸变参数D2＝(k21，k22，k23，p21，p22)，其中，k11，k12，k13，k21，k22，k23为径向畸变参数，p11，p12，p21，p22为切向畸变参数；

[0066] 第一相机和第二相机的畸变参数为常量，将第一畸变参数和第二畸变参数存储于配置文件中。

[0067] 可选的，畸变校正的方法为张正友标定法或Tsai两步法。

[0068] 值得说明的是，上述的基准拍摄距离为根据实际影像设备及需要自行定义的一个拍摄距离，其可以为影像设备工作行程的起点或终点，或者影像设备实际常用的工作距离
等。

[0069] 在本申请实施例中，第一相机拍摄的图片畸变校正后的图像即第一图片f(x1，y1)为：

[0070]

[0071] 第二相机拍摄的图片畸变校正后的图像即第二图像f(x2，y2)为：

[0072]

[0073] 其中，k11，k12，k13为第一相机的径向畸变参数，p11，p12为第一相机的切向畸变参数；k21，k22，k23为第二相机的径向畸变参数，p21，p22为第二相机的切向畸变参数；(x1，y1)为第一相机拍摄的图片的原始图像坐标；(x2，y2)为第二相机拍摄的图片的原始图像坐标；ra为第一相机拍摄的图片中的像素点到图片中心点的距离；rb为第二相机拍摄的图片中的像
素点到图片中心点的距离。

[0074] S200、获取旋转参数：用于标定影像设备的标定板上设置有标定图像，标定图像包括第一直线和第二直线，第一直线与第二直线相交且垂直，第一直线与第二直线的交点为
标定板的中心；

[0075] 在基准拍摄距离下，将标定板的中心和第一相机的图像像素中心位置重合，且第一直线和第一相机拍摄的图片的宽度方向平行，第二直线与第一相机拍摄的图片的高度方
向平行，也就是说，第一相机拍摄时，其中心的十字与第一直线和第二直线形成的十字重
合，此设置便于标定板的中心和第一相机的图像像素中心位置重合的操作；

[0076] 获取第二基准图片，第二基准图片为第二相机在基准拍摄距离下拍摄的标定板图片根据第二相机的畸变参数进行畸变校正后形成的图片，第二基准图片的示意图如图6所
示，图6中以第一基准图片的左上角为坐标原点，第一基准图片的宽度方向为x轴，第一基准
图片的高度方向为y轴，提取第二基准图片内的第一直线的方程I2，第一直线的方程I2解析
式为，y＝ax+b，根据第一直线的方程I2获取第二基准图片内的第一直线与x轴的夹角α，由
于第一基准图片的宽度方向为x轴，故夹角α即为第二图片相对于第一图片的旋转角度；

[0077] 第二图片相对于第一图片的旋转角度为常量，将第二基准图片内的第一直线与x轴的夹角α作为旋转参数存储于配置文件中。

[0078] 可选的，第一直线的方程I2的提取方法为霍夫直线检测方法。

[0079] 此外，值得说明的是，第一相机和第二相机的畸变参数以及第二图片相对于第一图片的旋转角度均为常量，在本申请实施例提供的影像设备的图像标定方法中，第一相机
相对于第一相机和第二相机的畸变参数以及第二相机的旋转参数获取一次即可，保存每一
拍摄距离下的畸变参数以及旋转参数时，将在基准拍摄距离下获取的畸变参数以及旋转参
数调出与其他几何变换参数一起保存即可，当然第一相机和第二相机的畸变参数以及第二
相机的旋转参数也可以在每一拍摄距离下均获取一次，在此不做具体限定。

[0080] S300、影像设备的成像单元的标定：影像设备的成像单元自拍摄的最小工作距离开始，按照设定步长改变拍摄距离，依次对每一拍摄距离下的影像设备的成像单元进行标
定。

[0081] 对第n拍摄距离下的影像设备的成像单元进行标定的方法如下：

[0082] S310、畸变校正：根据已获取的第一相机和第二相机的畸变参数对第一相机拍摄的标定板图片进行畸变校正后形成第一图片，对第二相机拍摄的标定板图片进行畸变校正
后形成第二图片，第一图片的示意图如图7所示。

[0083] S320、根据已经获取的旋转角度α旋转第二图片：第二图片以(W/2，H/2)为轴心顺时针旋转α角度，第二图片旋转补正后的图片如图8所示，该变换矩阵将原坐标为(x，y)变换为新坐标(x'，y')，第二图片变换公式为：

[0084]

[0085] S330、获取第n拍摄距离下的缩放参数：用于标定影像设备的标定板上设置有标定图像，标定图像包括至少一个圆，在本申请实施例中，标定板106上的标定图像1061如图5所
示，标定图像包括两个圆和两条相互垂直的直线，两个圆为同心圆，两条直线的垂直交点位
于圆心处且圆心位于标定板的中心处，此设置能够保证在任一拍摄距离下，标定板上的标
定图像均能够在第一相机和第二相机的视野范围内，保证标定的准确性；

[0086] 在第n拍摄距离下，获取第一图片上的最小圆半径r1，获取第二图片上的最小圆半径r2，缩放比例为r2/r1；

[0087] 将第一图片按r2/r1的缩放比例进行缩放，缩放至第一图片的像素大小与第二图片的像素大小相同，缩放后的示意图如图9所示，第一图片的缩放公式为：

[0088]

[0089] 由于，第一相机和第二相机的视场角不同，在不同的拍摄距离下，第一图片和第二图片融合时的缩放比例不同，即在不同拍摄距离下，缩放参数为变量，一个拍摄距离对应一
个缩放比例，因此，需要在不同的拍摄距离下标定缩放比例和融合位置。

[0090] 可选的，第一图片和第二图片中的最小圆半径的获取方式为霍夫圆变换检测法。

[0091] S340、获取第n拍摄距离下的平移位置参数：影像设备图像标定时，用于标定影像设备的标定板的中心与所述第一相机的图像像素中心位置重合；

[0092] 用于标定影像设备的标定板上设置有标定图像，如图5所示，标定图像1061包括两个圆和两条相互垂直的直线，两个圆为同心圆，两条直线的垂直交点位于圆心处且圆心位
于标定板的中心处；

[0093] 在第n拍摄距离下，且在第一平面内，以第一图片的左上角为坐标原点，获取第一图片上的最小圆的圆心坐标O1(x01，y01)，获取第二图片上的最小圆的圆心坐标O2(x02，y02)，第一图片向第二图片移动的横向移动距离为tx，第一图片向第二图片移动的纵向移动距离
为ty，其中，tx＝x02–x01，ty＝y02–y01，第一图片的平移公式为：

[0094]

[0095] 由于，第一相机和第二相机的视场角不同，在不同的拍摄距离下，第一图片和第二图片融合时的横向平移距离和纵向移动距离不同，即在不同拍摄距离下，平移位置参数为
变量，一个拍摄距离对应一个平移位置参数，因此，需要在不同的拍摄距离下标定平移位置
参数。

[0096] 在本申请实施例中，第一相机的视野小于第二相机的视野，也就是说，第一相机的拍摄范围在第二相机的拍摄范围内，故在本申请实施例中，将第一图片融合到第二图片上。
当然，第一相机的视野也可以大于第二相机的视野，此时可以选择将第二图片融合到第一
图片上。

[0097] 可选的，第一图片上的最小圆的圆心坐标O1(x01，y01)和第二图片上的最小圆的圆心坐标O2(x02，y02)的获取方式为霍夫圆变换检测法获取第一图片上的最小圆的圆方程和第
二图片上的最小圆的圆方程，即可获得出圆心坐标。

[0098] 值得说明的是，上述的第n拍摄距离为影像设备的最小拍摄距离与最大拍摄距离之间的一个拍摄距离，其中，此处影像设备的最小拍摄距离与最大拍摄距离之间的一个拍
摄距离包括影像设备的最小拍摄距离和最大拍摄距离。也就是说，影像设备任一拍摄距离
下的标定方式相同。

[0099] 此外，旋转参数、缩放参数以及平移位置参数的获取方式也可以通过其他方式获得，也可以采用上述部分获取方式，在此不做具体限定。

[0100] 根据上述获取的旋转参数、缩放参数以及平移位置参数对第一图片和第二图片进行变换，即第一相机标定的标定公式为：

[0101]

[0102] 第二相机标定的标定公式为：

[0103]

[0104] 其中，W为所述第一图片的宽度，H为所述第一图片的高度，r1为所述第一图片中的最小圆半径，r2为所述第二图片中的最小圆半径，tx和ty为第一图片向第二图片移动，并移
动至两张图片的中心重合时的横向移动距离和纵向移动距离，(x11，y11)为第一相机拍摄的
图片畸变校正后的图像坐标，α为所述第二图片相对于所述第一图片的旋转角度，(x21，y21)为第二相机拍摄的图片畸变校正后的图像坐标。

[0105] S350、融合第一图片和第二图片。

[0106] S360、根据上述标定的方式，影像设备的成像单元自拍摄的最小工作距离开始，按照设定步长改变拍摄距离，依次对每一拍摄距离下的影像设备的成像单元进行标定，标定
参数为f(L)＝[L，D1(k11，k12，k13，p11，p12)，D2(k21，k22，k23，p21，p22)，α，r2/r1，(tx，ty)]，其中，L为影像设备的成像单元的拍摄距离，每一个拍摄距离对应一套参数f(L)，将在每一个拍摄
距离下，根据上面公式计算的标定参数都保存在配置文件中。

[0107] S400、根据f(L)公式，将拍摄距离与标定参数建立对应关系，方便后续参数调用。

[0108] 本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯
用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利
要求书指出。

[0109] 应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限
制。