CN112862900B - 多视角摄像头标定设备、标定方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多视角摄像头标定设备、标定方法及存储介质，该设备包括：标定板；移动模块，设置于标定板的下方，用于在多个摄像头的拍摄范围内切换标定板的空间位置状态；控制模块，连接移动模块和多个摄像头，用于通过移动模块切换标定板的空间位置状态，并控制多个摄像头在移动模块完成标定板的空间位置状态切换时同时对标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果，以完成所有摄像头的标定。解决了现有多视角摄像头标定方法存在标定图像获取效率较低的问题。

Description

多视角摄像头标定设备、标定方法及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及拍摄设备领域，尤其涉及一种多视角摄像头标定设备、标定方法及存储介质。

背景技术

在神经精神类药物的研发方面，模式动物用药前后的行为差异是判断药效的重要指标。为了给药物开发提供更为精细的动物行为学参数，近年来对动物在三维空间中的运动以及姿态的估计成为热点。动物三维运动姿态估计一般采用多视角摄像头实现。因为模式动物种类数量和实验要求繁多，所以不同物种的动物以及不同的实验设计通常需要采用不同的多视角摄像头架设方案。但无论哪一种多视角摄像头架设方案，均需要对多视角摄像头进行标定。

现有多摄像头标定方法要么通过人工移动标定板的方式来获取所需的标定图像，要么通过旋转多个摄像头来拍摄移动标定板的方式来获取所需的标定图像，但无论哪一种方法，均存在标定图像获取效率较低的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种多视角摄像头标定设备、标定方法及存储介质，解决了现有多视角摄像头标定方法存在标定图像获取效率较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种多视角摄像头标定设备，包括：

标定板；

移动模块，设置于所述标定板的下方，用于在多个摄像头的拍摄范围内切换所述标定板的空间位置状态；

控制模块，连接所述移动模块和所述多个摄像头，用于通过所述移动模块切换所述标定板的空间位置状态，并控制所述多个摄像头在所述移动模块完成所述标定板的空间位置状态切换时同时对所述标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。

第二方面，本发明实施例还提供了一种多视角摄像头的标定方法，适应于任意实施例所述的多视角摄像头标定设备包括：

通过移动模块切换所述标定板的空间位置状态；

控制所述多个摄像头在所述移动模块完成所述标定板的空间位置状态切换时同时对所述标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量；

根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。

第三方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如任意实施例所述的多视角摄像头的标定方法。

本发明实施例提供的多视角摄像头标定设备的技术方案，通过控制模块与移动模块的配合使用可以快速完成标定板空间位置状态的切换，相较于手动变换标定板的空间位置状态来说，可以更加准确快速地完成标定板的空间位置状态的切换，并在切换完成的同时启动所有摄像头的拍摄，以及统计两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量是否达到目标数量，一旦达到目标数量则停止标定板空间位置状态的切换和所有摄像头的拍摄工作，并对标定图像进行标定处理，相较于现有技术来说，可使多视角摄像头的标定更加简单、快捷、高效，能够满足不同拍摄场景的多视角摄像头的标定需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的多视角摄像头标定设备的示意图；

图2是本发明实施例二提供的多视角摄像头的标定方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的计算机设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的多视角摄像头标定设备的示意图。本实施例的技术方案适用于自动快速地获取用于标定多视角摄像头的标定图像并根据获取的标定图像自动完成多视角摄像头标定的情况。该设备包括标定板1、移动模块2和控制模块3，移动模块2设置于标定板1的下方，用于在多个摄像头4的拍摄范围内切换标定板1的空间位置状态；控制模块3连接移动模块2和多个摄像头4，用于通过移动模块2切换标定板1的空间位置状态，并控制多个摄像头4在移动模块2完成标定板1的空间位置状态切换时同时对标定板1进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果，以完成所有摄像头的标定。

其中，标定板可以是携带有黑白棋盘格的平面板，也可以是显示有黑白棋盘格的显示装置，参见图1。可以理解的是，如果标定板为显示有黑白棋盘格的显示装置，那么黑白棋盘格在显示装置上的大小、对比度和位置均是可调的，且调节精度为像素级。

其中，标定图像是指包含完整标定板的图像，或者在包含完整标定板的同时，还包含符合预设条件的至少两个特征点的图像。图1中的标定板的特征点优选为黑白格的交点。

其中，标定板的每个空间位置状态均对应一组位置状态数据，该位置状态数据包括标定板的水平位置和标定板的倾斜参数。

其中，移动模块包括竖直移动单元21以及用于移动标定板1和该竖直移动单元21的水平移动单元22。水平移动单元22为四轮车座，比如小车底座，该小车底座通过轮子的移动实现标定板1的水平移动。在一个实施例中，小车底座包括前后倒向轮和左右驱动轮。在又一实施例中，小车底座采用四轮驱动轮作为小车底座的驱动硬件，从而使小车底座具有较高的移动平稳性。在又一实施例中，小车底座采用麦克纳姆轮作为驱动轮，麦克纳姆轮可以实现小车底座的水平全向移动，使得小车底座具有较高的移动灵活性。

其中，竖直移动单元21用于通过第一竖直移动机构211和至少两个第二竖直移动机构212调整标定板1的倾斜角度，第一竖直移动机构211用于为标定板1中心提供旋转支点，该至少两个第二竖直移动机构212分别设置于标定板1的至少两个相邻边缘的下方，用于分别调整标定板相应边缘的高度。可以理解的是，通过分别调整该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度即可调整标定板的倾斜角度，比如，如果第一竖直移动机构的顶端和该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度相同，那么标定板被水平放置；如果第一竖直移动机构的顶端的高度低于该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度，那么标定板处于倾斜状态，且倾斜幅度取决于第一竖直移动机构的顶端的高度与任一第二竖直移动机构的移动端的高度的差值。进一步的，通过调整该至少两个第二竖直移动机构中的至少一个第二竖直移动机构的移动端的高度，可以使标定板以任一倾斜角度绕第一竖直移动机构的顶端旋转，即通过竖直移动单元可将标定板从一个倾斜角度切换至任意倾斜角度。

在一个实施例中，竖直移动单元包括一个第一竖直移动机构和两个第二竖直移动机构，其中，第一竖直移动机构为设置于标定板底面中心的阻尼转轴，用于为标定板旋转提供支点，两个第二竖直移动机构为设置于标定板底面的两相邻边缘的连杆，且每个连杆均与对应伺服电机连接。伺服电机控制的连杆机构可以使得连杆上的两个小球头(参见图1中的第二竖直移动机构212上的球状结构)上下移动。竖直移动单元的所有结构均被固定至小车底座上，即被固定至水平移动模块，从而使水平移动模块在带动标定板水平移动的同时，也带动竖直移动模块水平移动，且水平移动模块和竖直移动模块可以分别同时执行标定板的水平移动和竖直移动，从而提高标定板空间位置状态的切换效率。

在一个实施例中，控制模块采用开环控制模式控制标定板的倾斜角的切换，即直接发送预设打角指令给伺服电机，伺服电机接根据该预设打角指令通过连杆机构控制标定板移动至预设打角指令对应的倾斜角。具体地，控制模块中存储有标定板倾斜角控制数据，比如，标定板的倾斜角的每个单位改变量均对应有各个第二竖直移动机构的伺服电机的旋转数据。这样控制模块既可根据标定板的目标空间位置状态确定标定板的目标倾斜角，以及目标倾斜角与当前倾斜角之间的倾斜角度改变量，然后根据该倾斜角度改变量和相应单位改变量对应的各个伺服电机的旋转数据控制对应伺服电机旋转，以使标定板从当前倾斜角旋转至目标倾斜角。

在一个实施例中，竖直移动单元还包括用于感应标定板倾斜角度的传感器。相应的，竖直移动单元还用于根据传感器感应到的标定板的当前倾斜角角度与标定板的目标倾斜角角度调整该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度，以将标定板的倾斜角从当前倾斜角调整至目标倾斜角。具体地，控制模块采用闭环控制模式控制标定板的竖直移动，首先读取传感器的当前数值，然后计算目标数值与当前数值的差值，并通过闭环控制方法将该差值转换为对应的伺服电机打角数据控制伺服电机打角。因为是闭环控制，上述过程会不断循环从而使得标定板的倾斜角达到与目标倾斜角小于容许误差范围内的打角。闭环控制算法可以采用工业常用的PID控制器(比例-积分-微分控制器)，也可采用更为复杂的控制算法。

在一个实施例中，竖直移动单元包括具有旋转功能的机械臂，通过该机械臂实现标定板倾斜角的切换，以提高标定板空间位置状态的切换速度和切换精度，从而提高摄像头标定的速度和精度。

可以理解的是，通过移动模块来移动标定板，而不是移动摄像头，使得摄像头的架设更加灵活，不需要额外增加摄像头的硬件成本。

该设备还包括设置于移动模块与标定板之间的硬件控制器，该硬件控制器用于读取传感器的数值、控制移动模块移动、为显示装置供电以及控制显示装置的显示方式。该硬件控制器的存储器存储有至少一个预设的标准标定板图像。而且用户可以操作控制模块通过该硬件控制器选择任一预设的标准标定板图像，以及控制该预设的标准标定板图像在显示装置中的平移和旋转，且该平移和旋转为像素级别的移动。可以理解的是，通过水平移动模块实现标定板的粗略水平移动，通过显示装置实现标定板的精确移动，二者结合可以实现标定板任一幅度的精确水平移动，且该水平移动的精度为像素级别，能够满足任何拍摄场景的需求。

该设备还包括设置于水平移动模块22与标定板1之间的通信模块5，该通信模块5用于硬件控制器与控制模块3之间的通信，比如，控制模块向硬件控制器发送用于控制水平移动单元水平移动标定板的控制指令，硬件控制器向控制模块反馈水平移动的控制指令的执行信息。该通信模块采用任一现有无线通信手段进行通信即可，比如WiFi。

该设备还包括连接移动模块2和所有摄像头4的控制模块3，该控制模块3用于通过移动模块2切换标定板1的空间位置状态，并控制所有摄像头4在移动模块2完成标定板1的空间位置状态切换时同时对标定板1进行拍摄以得到初始图像，然后对各个摄像头拍摄的初始图像进行检测，从而剔除仅包含部分标定板的初始图像，保留包含完整标定板的初始图像，如果包含完整标定板的初始图像的数量小于2，则直接删除该批次的所有初始图像，如果包含完整标定板的初始图像的数量大于或等于2，则将所有包含完整标定板的初始图像作为标定图像，同时记录两两摄像头均拍摄到相同空间位置状态下的完整标定板的标定图像的数量，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，则停止所有摄像头的拍摄，然后根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定，再分析所有两两摄像头的标定结果对应的标定误差，若所有两两摄像头的标定结果对应的标定误差均在相应阈值范围内，则输出所有摄像头标定成功的提示信息，若任意两摄像头的标定结果对应的标定误差超出相应的阈值范围，则输出该两摄像头标定失败的提示信息，同时控制标定板归零，并对所有摄像头重新进行标定。

在一个实施例中，控制模块在将包含完整标定板的初始图像作为标定图像的同时，一方面记录两两摄像头均拍摄到相同空间位置状态下的标定图像的数量，另一方面确定两两摄像头拍摄的标定图像对应的内参数和外参数，并在任意两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量时，确定该两摄像头的标定结果，同时不再为该两摄像头添加新的标定图像，直至确定完所有两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。可以理解的是，如果任意两摄像头的标定结果已确定，则在调整标定板的空间位置状态时，无需考虑该两摄像头的空间位置。在又一实施例中，控制模块在确定任意两摄像头的标定结果的同时，还确定该标定结果对应的标定误差，如果该标定误差超出相应的阈值范围，则优选在其他两两摄像头标定完成后，根据该两摄像头的空间位置调整标定板的空间位置状态，以重新获取该两摄像头的标定图像，以及在该两摄像头的标定图像的数量达到目标数量时，重新对该两摄像头进行标定，直至标定误差在相应的阈值范围内。

本实施例中，控制模块优选采用张氏标定法从两两摄像头采集的每幅标定图像上提取符合预设条件的至少两个特征点，以及根据该至少两个特征点计算对应的内参数和外参数，并根据两两摄像头对应的所有内参数和外参数确定相应两两摄像头的标定结果，从而得到所有摄像头的两两标定结果。其中，内参数与外参数的计算方法优选为优化算法，比如EM算法(Expectation-Maximum，期望最大化算法)。采用张氏标定法提取标定图像的特征点，避免了根据环境图像内容提取特征点存在的特征点质量不高，特征若的问题。

其中，标定误差的确定方法包括：确定当前两摄像头标定过程中的迭代步数、计算误差，以及该两摄像头的标定结果对应的标定误差是否均在相应的阈值范围内，若是，则输出当前摄像头两两标定成功的提示信息；若否，则通过移动模块控制标定板归零，并对所有摄像头重新进行标定。其中，EM算法在优化问题存在单极点时，能够迅速收敛，而在优化问题存在多极点时收敛速度会降低，并且计算误差较大，因此可将EM算法的迭代步数和计算误差作为其中一个判定标准。标定误差的阈值范围优选为小于一个像素宽度。标定板归零，是指标定板被水平移动单元运送至预设起始水平位置，以及被竖直移动单元移动至预设初始水平位置。

在一个实施例中，标定误差的具体确定方法包括：控制模块通过提取单元从两两摄像头采集的每幅标定图像上提取预设位置的特征点，通过选取单元从提取的特征点中选择符合预设条件的至少两个特征点，然后基于张氏标定法将其中一标定图像对应摄像头作为主摄像头，将另一标定图对应的摄像头作为副摄像头，并根据该至少两个特征点计算对应的内参数和外参数，并根据两两摄像头对应的所有内参数和外参数完成相应两摄像头的标定以得到标定结果。标定结果确定后，对所有符合预设条件的特征点进行反投影计算，即通过标定的内参数和外参数将对应两摄像头拍摄到的特征点分别投影到相应摄像头所对应的标定板上以得到两个反投影点，反投影点与真实拍摄到的标定板的特征点之间会存在一定的误差，通过欧式距离量化所有特征点与反投影点之间的距离以作为量化的标定误差。其中，控制模块优选为控制计算机，控制计算机可输出标定结果，且在输出标定结果的同时还输出标定误差以及对应的内参数和外参数。

在一个实施例中，控制模块即控制计算机能够以条形图的形式显示标定误差，以及在三维空间中显示计算得到的两两摄像头的内参数和外参数，即所有摄像头在真实三维空间中的位置。

该设备的工作过程包括：通过控制模块3对所有摄像头4进行初始化，比如，检查所有摄像头能否进行同步拍摄。初始化完成后，通过控制模块3控制水平移动单元22将标定板1粗略移动至拍摄场地的中心，控制竖直移动单元21将标定板1的倾斜角设置为预设倾斜角，比如零度倾斜角；控制所有摄像头4同时拍摄标定板1以得到初始图像，并根据初始图像控制水平移动单元将标定板移动至拍摄场景的中心位置，同时调整预设的标准标定板图像(棋盘格)在显示装置中的显示位置，以进一步修正标定板在拍摄场地的位置。将标定板此时的空间位置状态作为标定板的零点状态，并启动所有摄像头4对标定板1进行同步拍摄，并在拍摄完毕后通过移动模块2控制标定板1移动以切换标定板的空间位置状态。其中，标定板空间位置状态切换包括两个步骤，分别是水平移动和竖直移动，其中，水平移动由控制模块通过水平移动单元改变标定板的水平位置，比如四轮车的前进、后退、左转、右转，以及通过控制预设标定图像在显示装置中的显示位置和状态来进一步修正标定板的水平位置，比如，标定板在显示装置上的平移和旋转等；其中，竖直移动由控制模块通过竖直移动单元改变标定板的部分或全部的竖直位置，从而实现标定板倾斜角的变化。由于标定板的水平移动和竖直移动是相互独立的，因此控制模块可以分别通过水平移动模块和竖直移动模块同时完成标定板的水平移动和竖直移动，以缩短标定板空间位置状态的切换时间，从而提高标定图像的获取效率。控制模块实时获取多视角摄像头拍摄的初始图像，并检测每幅初始图像是否包含完整的标定板以及符合预设条件的特征点，若否，则剔除相应初始图像；确定剩余的初始图像的数量是否小于2，若是，则删除此批次的所有初始图像，若否，则保留剩余的初始图像，并将该剩余的初始图像作为标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，然后根据提取的标定图像的特征点批量确定相应两两摄像头的内参数和外参数；以及根据两两摄像头的所有内参数和外参数确定相应两两摄像头的标定结果，从而得到所有摄像头的两两标定结果，以及标定结果对应的标定误差，同时将该标定误差以图示化形式输出。

本发明实施例提供的多视角摄像头标定设备的技术方案，通过控制模块与移动模块的配合使用可以快速完成标定板空间位置状态的切换，相较于手动变换标定板的空间位置状态来说，可以更加准确快速地完成标定板的空间位置状态的切换，并在切换完成的同时启动所有摄像头的拍摄，以及统计两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量是否达到目标数量，一旦达到目标数量则停止标定板空间位置状态的切换和所有摄像头的拍摄工作，并对标定图像进行标定处理，相较于现有技术来说，可使多视角摄像头的标定更加简单、快捷、高效，能够满足不同拍摄场景的多视角摄像头的标定需求。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的多视角摄像头的标定方法，适应于前述实施例所述的多视角摄像头标定设备，该方法可采用软件或硬件的方式实现，包括以下步骤：

S201、通过移动模块切换标定板的空间位置状态。

其中，标定板1可以是携带有黑白棋盘格的平面板，也可以是显示有黑白棋盘格的显示装置，参见图1。可以理解的是，如果标定板为显示有黑白棋盘格的显示装置，那么黑白棋盘格在显示装置上的大小、对比度和位置均是可调的，且调节精度为像素级。在一个实施例中，连接该显示装置的硬件控制器的存储器存储有至少两个预设的标准黑白棋盘格，用户可以根据需要通过控制模块从硬件控制器的存储器中选择合适的预设的表征黑白棋盘格。

其中，标定板的每个空间位置状态均对应一组位置状态数据，该位置状态数据包括标定板的水平位置和标定板的倾斜参数。

如图1所示，移动模块2包括竖直移动单元21以及用于移动标定板1和该竖直移动单元21的水平移动单元22。水平移动单元为四轮车座，比如小车底座，该小车底座通过轮子的移动实现标定板的水平移动。在一个实施例中，小车底座包括前后倒向轮和左右驱动轮。在又一实施例中，小车底座采用四轮驱动轮作为小车底座的驱动硬件，从而使小车底座具有较高的移动平稳性。在又一实施例中，小车底座采用麦克纳姆轮作为驱动轮，麦克纳姆轮可以实现小车底座的水平全向移动，使得小车底座具有较高的移动灵活性。

其中，竖直移动单元21用于通过第一竖直移动机构211和至少两个第二竖直移动机构212调整标定板1的倾斜角度，第一竖直移动机构211用于为标定板1中心提供旋转支点，该至少两个第二竖直移动机构212分别设置于标定板1的至少两个相邻边缘的下方，用于分别调整标定板相应边缘的高度。可以理解的是，通过分别调整该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度即可调整标定板的倾斜角度，比如，如果第一竖直移动机构的顶端和该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度相同，那么标定板被水平放置；如果第一竖直移动机构的顶端的高度低于该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度，那么标定板处于倾斜状态，且倾斜幅度取决于第一竖直移动机构的顶端的高度与任一第二竖直移动机构的移动端的高度的差值。进一步的，通过调整该至少两个第二竖直移动机构中的至少一个第二竖直移动机构的移动端的高度，可以使标定板以任一倾斜角度绕第一竖直移动机构的顶端旋转，即通过竖直移动单元可使标定板从一个倾斜角度切换至任意倾斜角度。

在一个实施例中，竖直移动单元包括一个第一竖直移动机构和两个第二竖直移动机构，其中，第一竖直移动机构为设置于标定板底面中心的阻尼转轴，用于为标定板旋转提供支点，两个第二竖直移动机构为设置于标定板底面的两相邻边缘的连杆，且每个连杆均与对应伺服电机连接。伺服电机控制的连杆机构可以使得连杆上的两个小球头(参见图1)上下移动。竖直移动单元的所有结构均被固定至小车底座上，即被固定至水平移动模块，从而使水平移动模块在带动标定板水平移动的同时，也带动竖直移动模块水平移动，且水平移动模块和竖直移动模块可以分别同时执行标定板的水平移动和竖直移动，从而提高标定板空间位置状态的切换效率。

进一步的，竖直移动单元还包括用于感应标定板倾斜角度的传感器。相应的，竖直移动单元还用于根据传感器感应到的标定板的当前倾斜角角度与标定板的目标倾斜角角度调整该至少两个第二竖直移动机构的移动端的高度，以将标定板的倾斜角从当前倾斜角调整至目标倾斜角。

在一个实施例中，控制模块采用开环控制模式控制标定板的倾斜角的切换，即直接发送预设打角指令给伺服电机，伺服电机接根据该预设打角指令通过连杆机构控制标定板移动至预设打角指令对应的倾斜角。具体地，控制模块中存储有标定板倾斜角控制数据，比如，标定板的倾斜角的每个单位改变量均对应有各个第二竖直移动机构的伺服电机的旋转数据。这样控制模块既可根据标定板的目标空间位置状态确定标定板的目标倾斜角，以及目标倾斜角与当前倾斜角之间的倾斜角度改变量，然后根据该倾斜角度改变量和相应单位改变量对应的各个伺服电机的旋转数据控制对应伺服电机旋转，以使标定板从当前倾斜角旋转至目标倾斜角。

在一个实施例中，控制模块采用闭环控制模式控制标定板的竖直移动，首先读取传感器的当前数值，然后计算目标数值与当前数值的差值，并通过闭环控制方法将该差值转换为对应的伺服电机打角数据控制伺服电机打角。因为是闭环控制，上述过程会不断循环从而使得标定板的倾斜角达到与目标倾斜角小于容许误差范围内的打角。闭环控制算法可以采用工业常用的PID硬件控制器，也可采用更为复杂的控制算法。

在一个实施例中，竖直移动单元包括具有旋转功能的机械臂，通过该机械臂实现标定板倾斜角的切换，以提高标定板空间位置状态的切换速度和切换精度，从而提高摄像头标定的速度和精度。

可以理解的是，通过移动模块来移动标定板，而不是移动摄像头，使得摄像头的架设更加灵活，不需要额外增加摄像头的硬件成本。

S202、控制该多个摄像头在移动模块完成标定板的空间位置状态切换时同时对标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量。

其中，标定图像是指包含完整标定板的图像，或者在包含完整标定板的同时，还包含符合预设条件的至少两个特征点的图像。图1中的标定板的特征点是指黑白格的交点。

其中，控制模块3用于通过移动模块2切换标定板1的空间位置状态，并控制所有摄像头4在移动模块2完成标定板1的空间位置状态切换时同时对标定板1进行拍摄以得到初始图像，然后对各个摄像头4拍摄的初始图像进行检测，从而剔除仅包含部分标定板的初始图像，保留包含完整标定板的初始图像，如果包含完整标定板的初始图像的数量小于2，则直接删除该批次的所有初始图像，如果包含完整标定板的初始图像的数量大于或等于2，则将所有包含完整标定板的初始图像作为标定图像，同时记录两两摄像头均拍摄到相同空间位置状态下的完整标定板的标定图像的数量，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，则停止所有摄像头的拍摄。

在一个实施例中，控制模块在将包含完整标定板的初始图像作为标定图像的同时，一方面记录两两摄像头均拍摄到相同空间位置状态下的标定图像的数量，另一方面确定两两摄像头拍摄的标定图像对应的内参数和外参数，并在任意两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量时，不再为该两摄像头添加新的标定图像。可以理解的是，如果任意两摄像头的标定结果已确定，则在调整标定板的空间位置状态时，无需考虑该两摄像头的空间位置。

S203、根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。

根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定，再分析所有两两摄像头的标定结果对应的标定误差，若所有两两摄像头的标定结果对应的标定误差均在相应阈值范围内，则输出所有摄像头标定成功的提示信息，若任意两摄像头的标定结果对应的标定误差超出相应的阈值范围，则输出该两摄像头标定失败的提示信息，同时控制标定板归零，并对所有摄像头重新进行标定。

在又一实施例中，控制模块在确定任意两摄像头的标定结果的同时，还确定该标定结果对应的标定误差，如果该标定误差超出相应的阈值范围，则优选在其他两两摄像头标定完成后，根据该两摄像头的空间位置调整标定板的空间位置状态，以重新获取该两摄像头的标定图像，以及在该两摄像头的标定图像的数量达到目标数量时，重新对该两摄像头进行标定，直至标定误差在相应的阈值范围内。

本实施例中，控制模块优选采用张氏标定法从两两摄像头采集的每幅标定图像上提取符合预设条件的至少两个特征点，以及根据该至少两个特征点计算对应的内参数和外参数，并根据两两摄像头对应的所有内参数和外参数确定相应两两摄像头的标定结果，从而得到所有摄像头的两两标定结果。其中，内参数与外参数的计算方法优选为优化算法，比如EM算法。采用张氏标定法提取标定图像的特征点，避免了根据环境图像内容提取特征点存在的特征点质量不高，特征若的问题。

其中，标定误差的确定方法包括：确定当前两摄像头标定过程中的迭代步数、计算误差，以及该两摄像头的标定结果对应的标定误差是否均在相应的阈值范围内，若是，则输出当前摄像头两两标定成功的提示信息；若否，则通过移动模块控制标定板归零，并对所有摄像头重新进行标定。其中，EM算法在优化问题存在单极点时，能够迅速收敛，而在优化问题存在多极点时收敛速度会降低，并且计算误差较大，因此可将EM算法的迭代步数和计算误差作为其中一个判定标准。标定误差的阈值范围优选为小于一个像素宽度。标定板归零，是指标定板被水平移动单元运送至预设起始水平位置，以及被竖直移动单元移动至预设初始水平位置。

在一个实施例中，标定误差的具体确定方法包括：控制模块通过提取单元从两两摄像头采集的每幅标定图像上提取预设位置的特征点，通过选取单元从提取的特征点中选择符合预设条件的至少两个特征点，然后基于张氏标定法将其中一标定图像对应摄像头作为主摄像头，将另一标定图对应的摄像头作为副摄像头，并根据该至少两个特征点计算对应的内参数和外参数，并根据两两摄像头对应的所有内参数和外参数完成相应两摄像头的标定以得到标定结果。标定结果确定后，对所有符合预设条件的特征点进行反投影计算，即通过标定的内参数和外参数将对应两摄像头拍摄到的特征点分别投影到相应摄像头所对应的标定板上以得到两个反投影点，反投影点与真实拍摄到的标定板的特征点之间会存在一定的误差，通过欧式距离量化所有特征点与反投影点之间的距离以作为量化的标定误差。其中，控制模块优选为控制计算机，控制计算机可输出标定结果，且在输出标定结果的同时还输出标定误差以及对应的内参数和外参数。

在一个实施例中，控制模块即控制计算机能够以条形图的形式显示标定误差，以及在三维空间中显示计算得到的两两摄像头的内参数和外参数，即所有摄像头在真实三维空间中的位置。

需要说明的是，本实施例不对标定图像的标定处理时机进行限定，既可以在两两摄像头对应的标定图像均达到目标数量时，对两两摄像头的标定图像进行批处理以得到两两摄像头的标定结果；也可以在各个摄像头的标定图像的获取中，一旦检测到任意两摄像头的标定图像的数量达到目标数量，就对该两摄像头的标定图像进行标定处理以得到该两摄像头的标定结果。前者对计算机的并行处理能力要求较低，但在任意两摄像头标定失败时，需要重新启动所有摄像头的标定流程，后者能够及时发现标定失败的任意两摄像头，并可以及时重新获取该两摄像头的标定图像，并对获取的标定图像进行标定处理，直至将该两摄像头标定成功，在任意两摄像头标定失败时，无需重新启动对所有摄像头的标定流程，可以在任意两摄像头标定失败时简化标定流程，虽然相交于前者对控制模块的并行计算能力要求更高。

本发明实施例提供的多视角摄像头标定方法的技术方案，通过控制模块与移动模块的配合使用可以快速完成标定板空间位置状态的切换，相较于手动变换标定板的空间位置状态来说，可以更加准确快速地完成标定板的空间位置状态的切换，并在切换完成的同时启动所有摄像头的拍摄，以及统计两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量是否达到目标数量，一旦达到目标数量则停止标定板空间位置状态的切换和所有摄像头的拍摄工作，并对标定图像进行标定处理，相较于现有技术来说，可使多视角摄像头的标定更加简单、快捷、高效，能够满足不同拍摄场景的多视角摄像头的标定需求。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的计算机设备的结构示意图，如图3所示，该设备为前述实施例中的控制模块，包括处理器301、存储器302、输入装置303以及输出装置304；设备中处理器301的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器301为例；设备中的处理器301、存储器302、输入装置303以及输出装置304可以通过总线或其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

存储器302作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的多视角摄像头的标定方法对应的程序指令/模块。处理器301通过运行存储在存储器302中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的多视角摄像头的标定方法。

存储器302可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器302可进一步包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置303可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

输出装置304可包括显示屏等显示设备，例如，用户终端的显示屏。

实施例四

本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种多视角摄像头的标定方法，该方法包括：

通过移动模块切换所述标定板的空间位置状态；

控制所述多个摄像头在所述移动模块完成所述标定板的空间位置状态切换时同时对所述标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量；

根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的多视角摄像头的标定方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的多视角摄像头的标定方法。

值得注意的是，上述多视角摄像头的标定装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多视角摄像头标定设备，其特征在于，包括：

标定板；

移动模块，设置于所述标定板的下方，用于在多个摄像头的拍摄范围内切换所述标定板的空间位置状态；

控制模块，连接所述移动模块和所述多个摄像头，用于通过所述移动模块切换所述标定板的空间位置状态，并控制所述多个摄像头在所述移动模块完成所述标定板的空间位置状态切换时同时对所述标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量，根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述标定板的空间位置状态包括标定板的倾斜角度，相应的，所述移动模块包括竖直移动单元；

所述竖直移动单元用于通过第一竖直移动机构和至少两个第二竖直移动机构调整所述标定板的倾斜角度，所述第一竖直移动机构用于为所述标定板中心提供旋转支点，所述至少两个第二竖直移动机构分别设置于所述标定板的至少两个相邻边缘的下方，用于分别调整所述标定板相应边缘的高度。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述竖直移动单元还包括用于感应所述标定板倾斜角度的传感器；

所述控制模块还用于根据所述标定板的目标倾斜角角度和所述传感器感应到的标定板的当前倾斜角角度调整至少一个第二竖直移动机构的高度，以将所述标定板的倾斜角度从所述当前倾斜角调整至所述目标倾斜角。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述标定板的空间位置状态包括标定板的水平位置，所述移动模块还包括水平移动单元；

所述水平移动单元为四轮车，用于带动所述竖直移动单元和所述标定板在水平面移动。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述标定板为显示有预设标定图像的显示装置，所述预设标定图像在所述显示装置上的显示位置是可调的。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定，包括：

采用张氏标定法从所述两两摄像头采集的每幅标定图像上提取符合预设条件的至少两个特征点，以及根据该至少两个特征点计算对应的内参数和外参数，并根据所述两两摄像头对应的所有内参数和外参数确定相应两两摄像头的标定结果，以完成所有摄像头的标定。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述内参数与外参数的计算方法为EM算法，所述控制模块在确定两两摄像头的标定结果的同时，还确定该标定结果的标定误差，相应的，所述控制模块还用于：

获取当前标定结果确定过程中所述EM算法的迭代步数和计算误差，并确定所述迭代步数、计算误差和标定误差是否均在相应的阈值范围内；

若是，则输出当前两摄像头标定成功的提示信息。

8.一种多视角摄像头的标定方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一所述的多视角摄像头标定设备，包括：

通过移动模块切换所述标定板的空间位置状态；

控制所述多个摄像头在所述移动模块完成所述标定板的空间位置状态切换时同时对所述标定板进行拍摄，以使至少两个摄像头同时拍摄到相应空间位置状态下的完整标定板的标定图像，直至两两摄像头同时拍摄到的标定图像的数量均达到目标数量；

根据两两摄像头拍摄的标定图像确定相应两两摄像头的标定结果以完成所有摄像头的标定。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述标定板的空间位置状态包括标定板的倾斜角度，相应的，所述切换所述标定板的空间位置状态，包括：

通过移动模块的竖直移动单元的第一竖直移动机构和至少两个第二竖直移动机构调节所述标定板的倾斜角度，其中，所述第一竖直移动机构用于为所述标定板中心提供旋转支点，所述至少两个第二竖直移动机构分别设置于所述标定板的至少两个相邻边缘的下方，用于分别调整所述标定板相应边缘的高度。

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求8或9中任一所述的多视角摄像头的标定方法。