2012
年
11
月
第
31
卷第
11
期
机械科学与技术
November
2012
Mechanical Science
and
Technology
for
Aerospace Engineering
Vo
I.
31
No.ll
赞黠
机器人视觉的摄像机外参数自标定方法
\
w
w
_-
"
..
周书
(湘潭大学能源工程学院,湘潭
411100)
周书
摘
要:摄像机标定是机器人视觉应用中的主要问题。针对摄像机固定的机器人视觉系统,提出一
种摄像机外参数的自标定方法。该方法的基本思想是拉制机器人末端沿基坐标系的
3
个坐标轴做
3
次平移运动,利用摄像机获取的图像信息,依据摄像机和机器人末端相对于基坐标系之间的位姿
关系来计算摄像机的外参数。进一步,考虑测量噪声和计算噪声的影响,采用一种坐标轴正交归一
化的方法对标定坐标系的方位进行修正。实验结果表明:该算法具有较好的精度和鲁棒性,可用于
在线标定。
关键词:机器人视觉;摄像机;外参数;自标定
中图分类号
:T
P242
文献标识码
:A
文章编号:
1003-8728
(2012)
11-1888
-0
5
Exterior
Parameter
Self -calibration of
Camera
for Robot Vision
Zhou
Shu
(Co
Il
ege
of
Energy
Engineering , Xiangtan University , Xiangtan 411100)
Abstract:
Camera
calibration
is
an
important
element
in
the
application
of
vision robot. A
method
of
the
exterior
parameter
self-calibration
was
presented
for
the
robot vision system with a fixed
camera.
The
basic
principle
of
the
proposed
calibration
method
is
to control
the
robot
end
undergo
three
sets
tiny
motions along
three
axes of
the
base
frame
respectively
,
then
use
the
image information
grabbed
by
the
calibrated
camera
to
calculate
the
exterior
param-
eters
based
on
the
relationship
between
the
camera
matrix
and
the
matrix
of
the
robot
end
to
the
robot
base
frame.
Moreover
,
taking
into
account
the
effect
of
measurement
and
calculation
noises ,
an
orthonormalizing
adjustment
was
also given to
correctct
the
calibrated
rotation
matrix'
s orthonormality
and
error.
The
method
is
proved
to
have
a good
performance
of
accuracy
and
robustness
,
and
is feasible
of
on-line
camera
calibration
with some
experiments
on syn-
thetic
and
real
image. .
Key
words:
vision
robot;
exterior
parameter;
self-calibration;
orthonormalizing; robots
在机器人视觉系统的应用中,需要建立图像坐
标和世界坐标之间的位姿关系,这涉及到摄像机的
标定问题。‘摄像机标定包括摄像机几何和光学特性
的内参数标定和摄像机相对世界坐标系的位姿的外
参数标定。国内外许多学者对摄像机标定的方法进
行了大量研究,提出了多种标定的方法
[1
-
3]
。这些
研究都强调摄像机内、外参数的完全标定。事实上,
收稿日期
:201l
07-29
作者简介:周
书(1
968
一)
,讲师,研究方向为数控技术、制造过程
监测与控制,
zhoushu3333@126.
com
摄像机的内部参数只与其本身参数有关,在焦距固
定的情况下,进行一次标定即可确定。而摄像机的
外参数与其所处的参考坐标系有关,在不同的应用
条件下,需要依据测量现场进行重复标定。
针对摄像机外参数的单独标定,文献
[4J
研究
了利用
3
个不共线的控制点对摄像机外参数的近似
值进行快速求解的方法。文献
[5
J
在内部参数已知
的情况下,利用
3
个成直角关系的特征点来实现摄
像机外部参数的标定。文献
[6J
则利用一个基于球
形特征点、具有己知实际位置关系的立体标定件实
现了摄像机外参数的标定。这些研究存在着求解计
算过程较为复杂、对辅助标定要求较高、无法实现系
2012
年
11
月
第
31
卷第
11
期
机械科学与技术
November
2012
Mechanical Science
and
Technology
for
Aerospace Engineering
Vo
I.
31
No.ll
赞黠
机器人视觉的摄像机外参数自标定方法
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..
周书
(湘潭大学能源工程学院,湘潭
411100)
周书
摘
要:摄像机标定是机器人视觉应用中的主要问题。针对摄像机固定的机器人视觉系统,提出一
种摄像机外参数的自标定方法。该方法的基本思想是拉制机器人末端沿基坐标系的
3
个坐标轴做
3
次平移运动,利用摄像机获取的图像信息,依据摄像机和机器人末端相对于基坐标系之间的位姿
关系来计算摄像机的外参数。进一步,考虑测量噪声和计算噪声的影响,采用一种坐标轴正交归一
化的方法对标定坐标系的方位进行修正。实验结果表明:该算法具有较好的精度和鲁棒性,可用于
在线标定。
关键词:机器人视觉;摄像机;外参数;自标定
中图分类号
:T
P242
文献标识码
:A
文章编号:
1003-8728
(2012)
11-1888
-0
5
Exterior
Parameter
Self -calibration of
Camera
for Robot Vision
Zhou
Shu
(Co
Il
ege
of
Energy
Engineering , Xiangtan University , Xiangtan 411100)
Abstract:
Camera
calibration
is
an
important
element
in
the
application
of
vision robot. A
method
of
the
exterior
parameter
self-calibration
was
presented
for
the
robot vision system with a fixed
camera.
The
basic
principle
of
the
proposed
calibration
method
is
to control
the
robot
end
undergo
three
sets
tiny
motions along
three
axes of
the
base
frame
respectively
,
then
use
the
image information
grabbed
by
the
calibrated
camera
to
calculate
the
exterior
param-
eters
based
on
the
relationship
between
the
camera
matrix
and
the
matrix
of
the
robot
end
to
the
robot
base
frame.
Moreover
,
taking
into
account
the
effect
of
measurement
and
calculation
noises ,
an
orthonormalizing
adjustment
was
also given to
correctct
the
calibrated
rotation
matrix'
s orthonormality
and
error.
The
method
is
proved
to
have
a good
performance
of
accuracy
and
robustness
,
and
is feasible
of
on-line
camera
calibration
with some
experiments
on syn-
thetic
and
real
image. .
Key
words:
vision
robot;
exterior
parameter;
self-calibration;
orthonormalizing; robots
在机器人视觉系统的应用中,需要建立图像坐
标和世界坐标之间的位姿关系,这涉及到摄像机的
标定问题。‘摄像机标定包括摄像机几何和光学特性
的内参数标定和摄像机相对世界坐标系的位姿的外
参数标定。国内外许多学者对摄像机标定的方法进
行了大量研究,提出了多种标定的方法
[1
-
3]
。这些
研究都强调摄像机内、外参数的完全标定。事实上,
收稿日期
:201l
07-29
作者简介:周
书(1
968
一)
,讲师,研究方向为数控技术、制造过程
监测与控制,
zhoushu3333@126.
com
摄像机的内部参数只与其本身参数有关,在焦距固
定的情况下,进行一次标定即可确定。而摄像机的
外参数与其所处的参考坐标系有关,在不同的应用
条件下,需要依据测量现场进行重复标定。
针对摄像机外参数的单独标定,文献
[4J
研究
了利用
3
个不共线的控制点对摄像机外参数的近似
值进行快速求解的方法。文献
[5
J
在内部参数已知
的情况下,利用
3
个成直角关系的特征点来实现摄
像机外部参数的标定。文献
[6J
则利用一个基于球
形特征点、具有己知实际位置关系的立体标定件实
现了摄像机外参数的标定。这些研究存在着求解计
算过程较为复杂、对辅助标定要求较高、无法实现系