CN112184826A - 一种标定板和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标定板和采用该标定板的标定方法，该标定板包括：基板；特征图案，印制于所述基板的表面，并且特征图案中具有多个特征点；编码图形单元，覆盖于特征图案上；其中，编码图形单元包括：四个非对称布置以表达方向信息的定位块和未被四个定位块占据的编码区，编码区记载有编码图形单元的标记点的标定信息。本发明在标定板的特征图案中嵌入含有方向信息和标定信息的编码图形单元，替代了采用二维码进行标定的标定板，节省了采用二维码生成软件所需的成本，并且不受限于现有二维码生成软件的使用限制，并且在进行标定时能够直接从标定板的图像中获得标定板的标定信息，实现了相机的自动标定，提高了标定效率和标定准确率。

Description

一种标定板和标定方法

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，特别涉及一种标定板和标定方法。

背景技术

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，求解这些参数的过程称为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，标定结果的精度及算法的稳定性直接影响到相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提，提高标定精度是科研工作的重点所在。

在机器视觉、图像测量、摄影测量、三维重建等应用中，为校正镜头畸变；确定物理尺寸和像素间的换算关系；以及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，需要建立相机成像的几何模型。通过相机拍摄带有固定间距图案阵列平板、经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。而带有固定间距图案阵列的平板就是标定板(Calibration Target)。

现有的一种标定板中，在标定板的特征图案中嵌入二维码，二维码中记载标定板的方向、二维码所在区域的索引，进而实现在多相机标定时提供多相机之间的关联信息。但是，这种标定板在制作时，需要利用二维码生成软件，从而增加了标定板的制作成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种标定板、标定方法、电子设备和非易失性计算机可读存储介质，替代采用二维码进行标定的标定板，以节省采用二维码生成软件所需的成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种标定板，包括：

基板；

特征图案，所述特征图案印制于所述基板的表面，并且所述特征图案中具有多个特征点；

编码图形单元，所述编码图形单元为正方形且覆盖于所述特征图案上；其中，

所述编码图形单元包括：

第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块和编码区；其中，

所述第一定位块、所述第二定位块和所述第三定位块分别位于所述编码图形单元的第一角部区域、第二角部区域和第三角部区域，其中所述第二角部区域和第三角部区域为所述编码图形单元的一个对角线上的两个角部区域；

所述编码区位于所述编码图形单元中未被所述第一定位块、所述第二定位块和所述第三定位块所占据的区域，所述编码区记载有所述编码图形单元的标记点的标定信息，其中，所述标记点与所述特征图案中的其中一个特征点位置重合；

所述第四定位块嵌入于所述编码区，并且在所述第一定位块的中心、所述第二定位块的中心、所述第三定位块的中心和所述第四定位块的中心所构成的四边形中，所述第四定位块所处位置的内角为所述四边形四个内角中的最大内角，并且所述第四定位块的中心与所述第三定位块的中心之间的距离小于所述第四定位块的中心与所述第二定位块的中心之间的距离。

进一步，所述编码图形单元具有第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，并且所述第一边缘垂直相交于所述第二边缘，所述第二边缘垂直相交于所述第三边缘，所述第三边缘垂直相交于所述第四边缘，所述第四边缘垂直相交于所述第一边缘；

所述第一定位块的边缘同时与所述第一边缘和所述第二边缘相切；

所述第二定位块的边缘同时与所述第二边缘和所述第三边缘相切；

所述第三定位块的边缘同时与所述第一边缘和所述第四边缘相切；

所述第四定位块的边缘仅与所述第四边缘相切。

进一步，所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块的形状大小相同。

进一步，所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块均为同心而设并且颜色相间的多个圆环形状。

进一步，所述特征图案为：

棋盘格图案、圆点图案或六边形图案。

进一步，所述编码图形单元的标记点为：

所述编码图形单元的四个顶角中的指定的一个顶角所指向并且与该指定的一个顶角距离最近的特征点；

所述编码图形单元的标记点的标定信息包括：

所述编码图形单元的标记点在所述标定板中所有特征点中的标定索引坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距，其中，标定索引坐标是指：记载于所述编码区中的所述标记点在标定板中所有特征点中的索引坐标；

或者，

所述编码图形单元的标记点在所述标定板中的物理坐标。

进一步，所述编码图形单元的数量为至少一个。

进一步，所述编码区为数据点组成的点阵，所述数据点为方形点或圆形点；

所述数据点包括彼此区分的两种颜色数据点，其中一种颜色的数据点表示0，另一种颜色的数据点表示1。

进一步，所述点阵包括a个数据点；

所述a个数据点排列构成b个数据码字和c个纠错码字，每个码字为二进制d位；其中，

所述标定板的标定信息记载于所述b个数据码字中；

所述纠错码字用于对所述数据码字进行纠错译码；

其中，a>1、b>1、c>b、d>1，且a＝(b+c)×d。

进一步，当所述编码图形单元的标记点的标定信息为所述编码图形单元的标记点在所述标定板中所有特征点中的标定索引坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距时，所述b个数据码字转换十进制后的内容包含：所述点阵所属的编码图形单元的标记点在所有特征点中的列序号和行序号，以及所述标定板中相邻特征点之间的物理间距。

进一步，所述编码图形单元还包括：

静区，所述第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块和编码区内嵌于所述静区中，所述静区用于在第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块和编码区与所述特征图案之间隔离。

一种标定方法，包括：

拍摄含有如上任一项所述的标定板的标定板图像，并从所述标定板图像中提取标定板信息；

根据所提取的标定板信息进行标定处理。

进一步，所述的从所抓取的标定板图像中提取标定板信息，包括：

在所述标定板图像中查找所述编码图形单元，并读取所述编码图形单元中的所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息；其中，所述编码图形单元的标记点为：所述编码图形单元的四个顶角中的指定的一个顶角所指向并且与该指定的一个顶角距离最近的特征点；

在所述标定板图像中查找所述特征点，获取所述标定板图像中的每个特征点的像素坐标，并根据所述标定板图像中的每个特征点的像素坐标确定所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标，其中，所述图像索引坐标是指：从所述标定板图像中获得的只在标定板图像中拍摄到的部分特征点中的索引坐标；

根据所述编码图形单元的标记点的标定信息，对所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正。

进一步，所述的在所述标定板图像中查找所述编码图形单元，并读取所述编码图形单元中的所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息，包括：

在所述标定板图像中查找所述编码图形单元的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块，根据查找到的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块确定所述编码图形单元的方向；

在所述标定板图像中查找所述编码图形单元的标记点，并确定所述编码图形单元的标记点在所述标定板图像中的像素坐标，根据所述标记点在所述标定板图像中的像素坐标和所述标定板图像中的每个特征点的像素坐标，确定所述标记点在所述标定板图像中的所有特征点中的图像索引坐标；

在所述标定板图像中，根据所述编码图形单元中的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块的位置，确定所述编码区的位置；

读取所述编码区，以获得所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息。

进一步，所述的在所述标定板图像中查找所述编码图形单元的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块，包括：

将所述编码图形单元包括的四个定位块的中心作为顶点构建四边形；

获取所述四边形的四个内角，在所述四个内角中，将最大内角位置处的定位块确定为所述第四定位块；

将所述最大内角的两个边的距离所述第四定位块最近的定位块确定为所述第三定位块，将所述最大内角的两个边的距离所述第四定位块最远的定位块确定为所述第二定位块，将余下的定位块确定为所述第一定位块；

所述的根据查找到的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块确定所述编码图形单元的方向，包括：

将所述第一定位块和所述第二定位块的一侧确定为所述编码图形单元的上侧，将所述第三定位圆环和所述第四定位块一侧确定为所述编码图形单元的下侧，将所述第一定位块和所述第三定位块的一侧确定为所述编码图形单元的左侧，将与所述编码图形单元的左侧相对的所述编码图形单元的另一侧确定为所述编码图形单元的右侧。

进一步，在所述编码图形单元的标记点的标定信息为所述编码图形单元的标记点在所述标定板中所有特征点中的标定索引坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距时，所述的根据所述编码图形单元的标记点的标定信息，对所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正，包括：

根据所述标记点的图像索引坐标和标定索引坐标，建立从图像索引坐标到标定索引坐标的映射关系；

利用所述映射关系，将所述标定板图像中的所有特征点的图像索引坐标变换为标定索引坐标；

根据所述标定板图像中的每个特征点的标定索引坐标和相邻特征点之间的物理间距，获得所述标定板图像中的每个特征点的物理坐标。

进一步，在所述编码图形单元的标记点的标定信息为所述编码图形单元的标记点在所述标定板中的物理坐标时，所述的根据所述编码图形单元的标记点的标定信息，对所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正，包括：

接收用户输入的标定板中相邻特征点之间的物理间距；

根据所述编码图形单元的标记点在所述标定板中的物理坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距，获得所述标定板中所有特征点的物理坐标。

进一步，所述的获取所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息，包括：

对所述编码区进行二值化处理；

从所述编码区的起始位置开始，获取所述编码区所记载的二值信息；

根据所述编码区的编码方案，由所述编码区所记载的二值信息获得所述编码区的编码信息；

对所述编码信息进行纠错译码，若纠错译码的错误值少于预设阈值，则将译码结果作为所述编码图形单元的标记点的标定信息。

进一步，在由所述编码区所记载的二值信息获得所述编码区的编码信息时，先对所获取的二值信息与数据掩码矩阵进行位异或处理得到掩膜前信息，由所述掩膜前信息获得所述编码区的编码信息。

进一步，所述纠错译码为李德所罗门RS纠错译码。

进一步，所述的获取所述编码区所记载的二值信息，包括：

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的上侧的第一行开始，沿从所述编码图形单元的左侧到所述编码图形单元的右侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一行的数据点；

其中，在读取被所述第四定位块分割的行时，先读取该行位于所述第四定位块左侧部分的数据点，之后跳过所述第四定位块并继续读取该行位于所述第四定位块右侧部分的数据点。

进一步，所述的获取所述编码区所记载的二值信息，包括：

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的左侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的上侧到所述编码图形单元的下侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的左侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的下侧到所述编码图形单元的上侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的右侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的上侧到所述编码图形单元的下侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的右侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的下侧到所述编码图形单元的上侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点。

一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上所述的标定方法中的步骤。

一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，其特征在于，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上所述的标定方法中的步骤。

从上述方案可以看出，本发明的标定板、标定方法、电子设备和非易失性计算机可读存储介质，在标定板的特征图案中嵌入含有方向信息和标定信息的编码图形单元，替代了采用二维码进行标定的标定板，节省了采用二维码生成软件所需的成本，并且不受限于现有二维码生成软件的使用限制，同时，本发明的标定板和标定方法，利用内嵌于标定板的编码图形单元记载标定板的标定信息，使得相机进行标定时能够直接从标定板图像中获得标定板的标定信息，进而得到关于标定板中特征点的索引坐标和相邻特征点之间的物理间距信息或者得到关于标定板中特征点的物理坐标信息，从而不必人工方式对标定板的相关信息进行手动输入，实现了相机的自动标定，提高了标定效率和标定准确率。本发明中，编码图形单元中的四个定位块既能提供编码图形单元的方向信息也能提供标定板的方向信息，实现了同时对编码图形方向和标定板方向标注的复用。本发明中，编码图形单元的大小可以灵活设置，可以小于、等于或者大于标定板的特征图案，使得编码图形单元在标定板中的位置和大小进行灵活设定。本发明中，编码图形单元中的编码图形中包含数据码字和纠错码字，编码解码方案采用RS编解码方案，并且解码时对编码图形单元所记载的二值信息进行异或处理，从而提高了解码准确率。

附图说明

图1为本发明的标定板的一个具体实施例示意图；

图2为本发明的标定板的另一个具体实施例示意图；

图3为本发明的标定板中的编码图形单元的一个具体实施例示意图；

图4为本发明的标定板中的编码图形单元的另一个具体实施例示意图；

图5为本发明的标定板的再一个具体实施例示意图；

图6为本发明实施例的标定方法流程图；

图7为本发明实施例的标定方法中的标定板中的坐标推导示意图；

图8为本发明实施例的标定板的应用场景示意图；

图9为本发明实施例的标定方法的一个具体执行流程图；

图10为本发明实施例的电子设备示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1示出了本发明的标定板的一个实施例示意图，图2示出了本发明的标定板的另一个实施例示意图，图3示出了本发明的标定板中的编码图形单元3的一个具体实施例，图4示出了本发明的标定板中的编码图形单元3的另一个具体实施例。

如图1、图2所示，本发明实施例的标定板包括基板1、特征图案2和编码图形单元3。其中，特征图案2印制于基板1的表面，并且特征图案2中具有多个特征点。编码图形单元3为正方形并覆盖于特征图案2上。

其中，如图3、图4所示，编码图形单元3包括第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33、第四定位块34和编码区35。其中，第一定位块31、第二定位块32和第三定位块33分别位于编码图形单元3的第一角部区域、第二角部区域和第三角部区域，其中第二角部区域和第三角部区域为编码图形单元3的一个对角线上的两个角部区域，如图3、图4所示实施例中，第一角部区域为左上角部区域，第二角部区域为右上角部区域、第三角部区域为左下角部区域，其中，右上角部区域与左下角部区域为编码图形单元3的从右上角到左下角的对角线上的两个角部区域。

如图3、图4所示，编码区35位于编码图形单元3中未被第一定位块31、第二定位块32和第三定位块33所占据的区域，编码区35记载有编码图形单元3的标记点的标定信息，其中，标记点与特征图案2中的其中一个特征点位置重合。

如图3、图4所示，第四定位块34嵌入于编码区35，并且在第一定位块31的中心、第二定位块32的中心、第三定位块33的中心和第四定位块34的中心所构成的四边形中，第四定位块34所处位置的内角为四边形四个内角中的最大内角，并且第四定位块34的中心与第三定位块33的中心之间的距离小于第四定位块34的中心与第二定位块32的中心之间的距离。即，将第四定位块34中心和第三定位块33中心相连，命名为第一连线，将第四定位块34中心和第二定位块32中心相连，命名为第二连线，则第一连线和第二连线之间的夹角为四边形中的最大内角，将第四定位块34中心与第三定位块33中心的距离命名为第一距离，将第四定位块34中心与第二定位块32中心的距离命名为第二距离，则第一距离小于第二距离。

更具体地，如图3、图4所示，在本发明实施例中，编码图形单元3具有第一边缘36、第二边缘37、第三边缘38和第四边缘39，并且第一边缘36垂直相交于第二边缘37，第二边缘37垂直相交于第三边缘38，第三边缘38垂直相交于第四边缘39，第四边缘39垂直相交于第一边缘36，如图3、图4所示中，第一边缘36为编码图形单元3的左边缘，第二边缘37为编码图形单元3的上边缘，第三边缘38为编码图形单元3的右边缘，第四边缘39为编码图形单元3的下边缘。

第一定位块31的边缘同时与第一边缘36和第二边缘37相切，第二定位块32的边缘同时与第二边缘37和第三边缘38相切，第三定位块33的边缘同时与第一边缘36和第四边缘39相切，第四定位块34的边缘仅与所述第四边缘39相切。

在可选实施例中，第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34的形状大小相同。在可选实施例中，第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34均为同心而设并且颜色相间的多个圆环形状，例如图3、图4中所示的黑白相间的多个圆环。在其他可选实施例中，第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34还可以为正三角形、正方形或者其他各种正多边形环。在其他可选实施例中，第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34也可以为实心的定位块，例如圆形块、方形块或者多边形块等。

在本发明实施例中，第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34的相对位置关系反映了编码图形单元3的方向。当确定了四个定位块中谁是第一定位块31、谁是第二定位块32、谁是第三定位块33、谁是第四定位块34时，即可确定编码图形单元3。因此，在本发明实施例中，将编码图形单元3设计为正方形，可使得其中的第一定位块31和第二定位块32之间的距离与第一定位块31和第三定位块33之间的距离相等，进而能够快速确定谁是第一定位块31、进而快速确定出谁是第四定位块32，通过第四定位块32来快速确定出谁是第三定位块33以及谁是第二定位块32，因此将编码图形单元3设计为正方形的好处在于能够通过四个定位块的位置关系来快速确定出编码图形单元3的方向。当然，编码图形单元3也可以设计为长宽不同的矩形，在这种情况下，不能通过判断第一定位块31和第二定位块32之间的距离是否与第一定位块31和第三定位块33之间的距离相等来确定出谁是第一定位块31，这样便需要其他手段来确定谁是第一定位块31，例如设计规则约定第一定位块31和第二定位块32之间的距离与第一定位块31和第三定位块33之间的距离满足某一比例关系，并且该比例关系还必须不能等同于由第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33和第四定位块34构成的四边形中其他邻边之间的比例关系等，另外还需要约定第一定位块31和第三定位块33之间的连线垂直于第一定位块31和第二定位块32之间的连线，这对于待标定设备而言，在镜头存在的情况下，判断第一定位块31和第三定位块33之间的连线是否垂直于第一定位块31和第二定位块32之间的连线的难度很大，因此，一种最理想的编码图形单元3形状应当是正方形，这对于结合四个定位块的相对位置来判断编码图形单元3是必要的。

在可选实施例中，将第二边缘37一侧的方向定位上，将第一边缘36一侧的方向定位左，将第三边缘38一侧的方向定位右，将第四边缘39一侧的方向定位下，则可确定编码图形单元3的方向，则可根据四个定位块确定编码图形单元3的方向，又由于编码图形单元3相对于特征图案2和标定板是固定不动的，所以根据四个定位块还能够确定标定板的方向。因此，本发明实施例中，编码图形单元中3的四个定位块既能提供编码图形单元3的方向信息也能提供标定板的方向信息，实现了同时对编码图形方向和标定板方向标注的复用。

在可选实施例中，可以将编码图形单元3的四个顶角(即如图3、4中所示的编码图形单元3的左上角、右上角、左下角、右下角)中的指定的一个顶角指向并且与该指定的一个顶角距离最近特征点，作为编码图形单元3的标记点。

在可选实施例中，编码图形单元3还包括静区310，第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33、第四定位块34和编码区35内嵌于静区310中，静区310用于隔离特征图案2和内嵌于静区310中的图案(即第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33、第四定位块34和编码区35)，防止因为第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33、第四定位块34或者编码区35与特征图案2之间的连接而无法被读取。其中静区310在图3、图4中进行了标记。

在可选实施例中，特征图案2为棋盘格图案(如图1、图2所示)、圆点图案(如图5所示)、六边形图案或者其他图案。其中，如图5所示，圆点形状的特征图案2以矩阵形式排列，编码图形单元3内嵌于圆点形状的特征图案2之间。六边形图案或者其他图案虽然未被附图示出，但在本发明精神原则下，通过图1、图2和图5所示的实施例的记载，可以推广到六边形图案或者其他图案。当特征图案2为棋盘格图案时，特征点为每个棋盘格的角点。当特征图案2为圆点图案时，特征点为每个圆点的中心点。当特征图案2为六边形图案时，特征点为每个六边形的角点。

本发明实施例中，特征图案2由多个基本特征单元图案组成，多个基本特征单元图案尺寸相等，并且等间隔排列。如图1、图2所示的棋盘格图案中，棋盘格中的所有黑白色的方块的尺寸均相等并且等间隔排列，黑色方块和白色方块均为基本特征单元图案。如图5所示中，所有圆点图案尺寸均相等并且等间隔排列。需要说明的是，图1所示实施例中，编码图形单元3的尺寸与白色方块的基本特征单元图案尺寸相等，并且编码图形单元3恰好覆盖于白色方块的基本特征单元，因此，图1所示实施例中，黑色方块和白色方块的基本特征单元图案尺寸相等，并且等间隔排列。

在可选实施例中，标定板中的编码图形单元3的数量为至少一个，每个编码图形单元3中的编码区35记载有该编码图形单元3的标记点的标定信息，编码图形单元3的标记点的标定信息用于确定标定板中特征点的位置坐标，也就是说，每个编码图形单元3中的编码区35分别记载了各自所属的编码图形单元3的标定信息。对于仅采用一个编码图形单元3的标定板来说，适合于单一相机的标定，而采用多于一个的编码图形单元3的标定板来说，能够提供多个相机之间的关联信息，进而可以适合于多个相机的标定。

在可选实施例中，标定板的特征图案为棋盘格图案，基本特征单元图案为棋盘格图案中的基本方格，编码图形单元3(连同编码图形单元3四周的静区310)至少占用一个基本方格。例如图1所示中，编码图形单元3的尺寸与白色方块的基本方格图案尺寸相等，每个编码图形单元3均占用一个白色方块的基本方格，在这种情况下，编码图形单元3的标记点可以为其左上角角点、右上角角点、左下角角点或者右下角角点中的一个。如图2所示中，编码图形单元3的尺寸大于基本特征单元图案(基本方格)尺寸，具体地，编码图形单元3的边长为基本方格边长的2倍，编码图形单元3的面积为基本方格面积的4倍，每个编码图形单元3均占用四个基本方格，即每个编码图形单元3均占用两个黑色基本方格和两个白色基本方格，在这种情况下，编码图形单元3的标记点可以为其左上角角点、右上角角点、左下角角点或者右下角角点中的一个，另外也可以通过单应性矩阵估计出编码图形单元3的中心点坐标，进而编码图形单元3的标记点也可以为其中心角点。

进一步扩展来说，在可选实施例中，编码图形单元3的标记点可以为特征图案2中位于编码图形单元3左上角的角点、右上角的角点、左下角的角点、右下角的角点，在这种情况下，编码图形单元3连同其周围的静区310的尺寸或者面积可以不必完全与基本特征单元图案相匹配，只要能够使得编码图形单元3的左上角、右上角、左下角或者右下角中的至少一个点与特征图案2中的特征点位置相重合即可，这样，编码图形单元3的边长既可以小于基本特征单元图案的边长也可以大于基本特征单元图案的边长，并且编码图形单元3的边长可以不为基本特征单元图案的边长的整数倍。

在利用本发明实施例的标定板进行标定时，可以根据实际需要约定编码图形单元3的标记点的具体点位。

如图3、图4所示，编码区35为数据点组成的点阵。其中，数据点为方形点(如图3所示)或圆形点(如图4所示)。在可选实施例中，数据点包括彼此区分的两种颜色数据点，其中一种颜色的数据点表示0，另一种颜色的数据点表示1。例如图3、图4所示中采用黑、白两种颜色的数据点，在其他实施例中，可以采用除黑色和白色的组合形式以外的不同种颜色组合形式的数据点，如红色和白色、黑色和黄色、蓝色和黄色等组合形式的数据点，数据点颜色的选择优先考虑对编码区35读取的容易程度，避免两种颜色之间色值过近导致的误读问题。在图3、图4所示实施例中，可以将黑色的数据点表示为1，将白色的数据点表示为0，也可以将黑色的数据点表示为0，将白色的数据点表示为1。

如上所述，编码区35记载有编码图形单元3的标记点的标定信息，并且标记点与特征图案2中的其中一个特征点位置重合，所以编码区35所记载的即为特征点的标定信息，该特征点的标定信息可用于确定标定板中特征点的位置坐标。在一个可选实施例中，编码图形单元3的标记点的标定信息(亦即特征点的标定信息)包括：编码图形单元3的标记点在标定板中所有特征点中的标定索引坐标和标定板中相邻特征点之间的物理间距，其中，标定索引坐标是指：记载于编码区35中的标记点在标定板中所有特征点中的索引坐标。在另一个可选实施例中，编码图形单元3的标记点的标定信息(亦即特征点的标定信息)包括：编码图形单元3的标记点在标定板中的物理坐标。

对于上述的关于编码图形单元3的标记点在标定板中所有特征点中的标定索引坐标和标定板中相邻特征点之间的物理间距的可选实施例，在进行标定时，通过编码图形单元3中记载的标记点在标定板中所有特征点中的标定索引坐标，就可获取标记点在所有特征点中的具体位置(行号、列号)，这样，以标记点在所有特征点中的具体位置为基准便可以得到标定板中所有特征点的索引坐标，进一步通过编码图形单元3中记载的标定板中相邻特征点之间的物理间距并结合所有特征点的索引坐标，便可以得出标定板中所有特征点的物理坐标。

对于上述的关于编码图形单元3的标记点在标定板中的物理坐标的可选实施例，在进行标定之前，通过人工方式向标定设备(如相机)中输入标定板中相邻特征点之间的物理间距，在进行标定时，通过编码图形单元3中记载的标记点在标定板中的物理坐标，进一步将标记点在标定板中的物理坐标与标定板中相邻特征点之间的物理间距相结合，便可以得出标定板中所有特征点的物理坐标。

除了上述可选实施例以外，事实上，只要不超过编码区35所能够记载的数据容量，那么任意可以用来指明特征点位置的表示方式都可以在本发明实施例的精神原则下采用。

在可选实施例中，在编码区35中，由数据点组成的点阵包括a个数据点，a个数据点排列构成b个数据码字和c个纠错码字，每个码字为二进制d位，其中，标定板的标定信息记载于b个数据码字中，纠错码字用于对数据码字进行纠错译码，其中，a>1、b>1、c>b、d>1，且a＝(b+c)×d。例如，如图3、图4所示，本发明实施例中，在编码区35中，数据点阵包括192个数据点，整个编码图形单元3占用16×16＝256个数据点位置，其中每个定位块各自占用4×4＝16个数据点位置，四个定位块共占用64个数据点位置，则192个数据点由整个编码图形单元3的256个数据点位置减去四个定位块所占用64个数据点位置得到的192个数据点位置来确定，192个数据点位置中的每个数据点位置为一个数据点。192个数据点排列构成6个数据码字和18个纠错码字，每个码字为二进制8位，即192＝(6+18)×8。其中，标定板的标定信息记载于6个数据码字中，纠错码字用于对数据码字进行纠错译码，实际中，纠错码字用于纠正不超过纠错容量的任意错误码字，该错误码字既可能是数据码字，也可能是纠错码字本身，因此，在可选实施例中，纠错码字用于对包含数据码字和纠错码字自身在内的所有码字进行纠错译码。

在可选实施例中，当编码图形单元3的标记点的标定信息为编码图形单元3的标记点在标定板中所有特征点中的标定索引坐标和标定板中相邻特征点之间的物理间距时，b个数据码字转换十进制后的内容包含：点阵所属的编码图形单元3的标记点在所有特征点中的列序号和行序号，以及标定板中相邻特征点之间的物理间距，例如，针对上述的编码图形单元3的标记点在标定板中所有特征点中的索引坐标和标定板中相邻特征点之间的物理间距的标定板的标定信息的编码区35的编码方案如下：

6个数据码字转换十进制后表示格式为XXYYZZZZZZZZ。其中，XXYY为该数据点阵所属的编码图形单元3的标记点在标定板中所有特征点中的索引坐标，其中XX表示数据点阵所属的编码图形单元3的标记点在所有特征点中的列序号，YY表示数据点阵所属的编码图形单元3的标记点在所有特征点中的行序号，XX和YY的取值范围为0至99(十进制)。ZZZZZZZZ表示标定板中相邻特征点之间的物理间距，ZZZZZZZZ的取值范围为0至99999999，表示的物理尺寸范围为0至9.9999999米，该物理尺寸范围能够涵盖工业中常用标定板的棋盘格规格范围。

在其他可选实施例中，编码区35也可采用其他编码方案。例如针对上述的编码图形单元3的标记点在标定板中的物理坐标的标定板的标定信息，可以将编码图形单元3的标记点在标定板中的物理坐标信息记录于6个数据码字中。

在一个具体实施例中，参见图3、图4所示，对于本发明实施例的编码区35中的数据点的读取顺序为：从点阵中相邻于第二边缘37的第一行(如图3、图4中的上数第一行)开始，沿从靠近第一边缘36的一侧(如图3、图4中的左侧)到靠近第三边缘38的一侧(如图3、图4中的右侧)的顺序，依次读取每一行中的数据点，即如图3、图4所示，先按照从左到右的顺序读取数据点阵中第一行的各个数据点，然后按照从左到右的顺序读取数据点阵中第二行的各个数据点，以此类推，最后按照从左到右的顺序读取数据点阵中第最后一行的各个数据点，以此类推。由于本发明实施例中，如图3、图4所示，第四定位块34将最后四行的数据点分割成左右两个部分，因此，在读取这四行数据点中的每一行数据点时，首先从左到右读取该行位于第四定位块34左侧部分的数据点，之后跳过第四定位块34并从左到右读取该行位于第四定位块34右侧部分的数据点。

如上所述，本发明实施例中，192个数据点排列构成6个数据码字和18个纠错码字，而在其他实施例中，可以根据需要选用不同数量的数据码字和纠错码字，并且，在其他可选实施例中，在编码区35中，由数据点组成的数据点阵中也不仅限于192个数据点，可根据需要调整编码区35中数据点阵区域的大小和数据点的数量，以记载更多或者更少的信息。

在可选实施例中，在编码区35中，如果确定的数据码字的数量为k，纠错码字数量为2t，则编码区35加上定位圆环所组成的编码图形单元3中的图形部分的边长的计算公式为：

其中，a为编码区35加上定位块所组成的编码图形单元3中的图形部分的边长，m为各个定位圆环的直径，ceil()表示求大于括号中变量的最小整数，其中，m以编码区35中的一个数据点所占区域的边长为基本单位，k和t也以编码区35中的一个数据点所占区域的边长为基本单位，这样所得到的编码图形单元3中的图形部分的边长a的大小也是以编码区35中的一个数据点的大小为基本单位。在图3、图4所示实施例中，m＝4，k＝6，t＝9，a＝16，编码区35共包含192/8＝24个码字，由于纠错码字为18个，并且每两个纠错码字可纠正一个错误码字，因此可纠正9个错误码字(这是RS纠错机制所决定的，可参考现有技术中关于RS纠错的相关技术资料)，容错率可达到37.5％，高于现有的QR码、DM码等二维码的最大容错率(约为30％)，因此具备更好的防错性能。此外，编码区35的尺寸为16×16，与版本1的QR码(不含静区部分的尺寸为21×21)相比，尺寸缩小了42％，因此能够用于更小的标定板，或其他需要小尺寸码的应用场景。

在本发明实施例中，在进行数据编码时，是以两位十进制数字为一组，将其转换为二进制进行编码。每组两位十进制数字编码完成后，将位流顺序排列构成数据编码。纠错编码在数据编码完成之后进行，采用Reed-Solomon(RS，里德-所罗门)码进行纠错编码。为了防止同色数据点聚集而对译码可能产生的影响，在本发明实施例中，采用掩膜进行处理，掩膜公式为：

mask＝(row+col)％2

其中，mask为掩膜值，row为编码区35中数据点阵的行号，col为编码区35中数据点阵的列号。将掩膜值与对应位置的编码值进行异或操作，得到最终的编码结果，之后，将最终的编码结果写于数据点阵中形成最终的编码区35。

采用数据掩码矩阵对编码区35进行异或操作的好处在于，可以在编码区域比较大时，减少黑白方块发生黑白聚集的情况，提升译码时分割效率。

与上述编码对应的译码过程如下。

从编码区35的数据点阵的第一行开始，以上述说明中的数据点的读取顺序对数据点进行读取，直到编码区35中的192个数据点全部读取结束获得读取结果，将读取结果利用上述掩膜公式进行抑或操作之后得到初始译码，之后对初始译码进行Reed-Solomon纠错译码，如果纠错译码的错误值不超过设定阈值(如9个)，则表明可以正确恢复至原始编码码字，之后输出译码结果，该译码结果为正确的码字。如果错误值设定阈值(如9个)，则译码失败，返回译码失败提示。

本发明实施例还提供了一种标定方法，如图6所示，主要包括以下步骤：

步骤1、拍摄含有前述任一项实施例所述的标定板的标定板图像，并从标定板图像中提取标定板信息；

步骤2、根据所提取的标定板信息进行标定处理。

其中，本发明实施例中的标定板采用上述实施例中所述的标定板，具体地，参见图1、图2、图3、图4、图5所示，该标定板包括基板1、特征图案2和编码图形单元3。其中，特征图案2印制于基板1的表面，并且特征图案2中具有多个特征点。编码图形单元3为正方形并覆盖于特征图案2上。

其中，编码图形单元3包括第一定位块31、第二定位块32、第三定位块33、第四定位块34和编码区35。其中，第一定位块31、第二定位块32和第三定位块33分别位于编码图形单元3的第一角部区域、第二角部区域和第三角部区域，其中第二角部区域和第三角部区域为编码图形单元3的一个对角线上的两个角部区域，如图3、图4所示实施例中，第一角部区域为左上角部区域，第二角部区域为右上角部区域、第三角部区域为左下角部区域，其中，右上角部区域与左下角部区域为编码图形单元3的从右上角到左下角的对角线上的两个角部区域。

编码区35位于编码图形单元3中未被第一定位块31、第二定位块32和第三定位块33所占据的区域，编码区35记载有编码图形单元3的标记点的标定信息，其中，标记点与特征图案2中的其中一个特征点位置重合。

第四定位块34嵌入于编码区35，并且在第一定位块31的中心、第二定位块32的中心、第三定位块33的中心和第四定位块34的中心所构成的四边形中，第四定位块34所处位置的内角为四边形四个内角中的最大内角，并且第四定位块34的中心与第三定位块33的中心之间的距离小于第四定位块34的中心与第二定位块32的中心之间的距离。即，将第四定位块34中心和第三定位块33中心相连，命名为第一连线，将第四定位块34中心和第二定位块32中心相连，命名为第二连线，则第一连线和第二连线之间的夹角为四边形中的最大内角，将第四定位块34中心与第三定位块33中心的距离命名为第一距离，将第四定位块34中心与第二定位块32中心的距离命名为第二距离，则第一距离小于第二距离。

需要说明的是，在单个相机机器视觉应用中，由于只需要标定出单个相机与被测物体(被拍摄物体)之间的关系(该关系通常为仿射变换矩阵)，所以标定板中的编码图形单元的数量只采用一个即可。在多个相机机器视觉应用中，由于应用视野较大，需要标定出多个相机与被测物体(被拍摄物体)之间的关系，或者需要标定出多个相机之间的关系，进而在标定板中需要有多个的编码图形单元。在应用前，需要确定编码图形单元的数量、位置、编码图形单元所携带的信息以及标定板大小等规格信息。然后，再制作出合适的标定板。

在相机标定应用中，标定板的位姿描述了在标定板与相机之间存在相对运动时，标定板如何显示于相机中。在某些相机的机器视觉应用中，需要标定出相机和运动的被测物体(被拍摄物体)之间的坐标关系，这称为手眼标定。在手眼标定中，标定板会放置在多个不同位姿处，由此可以确定在运动坐标系中的相机和标定板的位姿。在其他一些机器视觉应用中，不存在运动的被测物体(被拍摄物体)，进而不需要标定出相机和运动的被测物体(被拍摄物体)之间的坐标关系，这称为非手眼标定。此时，标定板可以只采用一种位姿。

在可选实施例中，步骤1中的从标定板图像中提取标定板信息，包括：

步骤11、在标定板图像中查找编码图形单元，并读取编码图形单元中的编码区所记载的编码图形单元的标记点的标定信息，其中，编码图形单元的标记点为：编码图形单元的四个顶角中的指定的一个顶角所指向并且与该指定的一个顶角距离最近的特征点；

步骤12、在标定板图像中查找特征点，获取标定板图像中的每个特征点的像素坐标，并根据标定板图像中的每个特征点的像素坐标确定标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标，其中，图像索引坐标是指：从标定板图像中获得的只在标定板图像中拍摄到的部分特征点中的索引坐标；

步骤13、根据编码图形单元的标记点的标定信息，对标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正。

在可选实施例中，步骤11和步骤12没有必然的先后执行顺序，可以先执行步骤11后执行步骤12，也可以先执行步骤12后执行步骤11。

在可选实施例中，步骤11中，编码图形单元的方向信息由第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块来确定。

在可选实施例中，步骤11的在标定板图像中查找编码图形单元，并读取编码图形单元中的编码区所记载的编码图形单元的标记点的标定信息，包括：

步骤111、在标定板图像中查找编码图形单元的第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块，根据查找到的第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块确定编码图形单元的方向；

步骤112、在标定板图像中查找编码图形单元的标记点，并确定编码图形单元的标记点在标定板图像中的像素坐标，根据标记点在标定板图像中的像素坐标和标定板图像中的每个特征点的像素坐标，确定标记点在标定板图像中的所有特征点中的图像索引坐标；

步骤113、在标定板图像中，根据编码图形单元中的第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块的位置，确定编码区的位置；

步骤114、读取编码区，以获得编码区所记载的编码图形单元的标记点的标定信息。

其中，编码图形单元的四个顶角中的指定的一个顶角指向并且与该指定的一个顶角距离最近的特征点为编码图形单元的标记点。

在可选实施例中，对于采用如图3、图4所示中的定位圆环形式的定位块来说，步骤111中查找第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块的执行过程为：

首先，对标定板图像进行图像二值化处理；然后，采用Hough变换方法，利用同心圆数量和半径关系进行筛选，确定各个定位圆环的中心在标定板图像中的坐标；

将编码图形单元包括的四个定位块的中心作为顶点构建四边形；

获取所构建的四边形的四个内角，在四个内角中，将最大内角位置处的定位块确定为第四定位块；

将最大内角的两个边的距离第四定位块最近的定位块确定为第三定位块，将最大内角的两个边的距离第四定位块最远的定位块确定为第二定位块，将余下的定位块确定为第一定位块。

在可选实施例中，步骤111中的根据查找到的第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块确定编码图形单元的方向，包括：

将第一定位块和第二定位块一侧确定为编码图形单元的上侧，将第三定位块和第四定位块一侧确定为编码图形单元的下侧，将第一定位块和第三定位块的一侧确定为编码图形单元的左侧，将与编码图形单元的左侧相对的编码图形单元的另一侧确定为编码图形单元的右侧。

在可选实施例中，步骤113和步骤114是在去除透视畸变的编码图形单元图像中执行的。去除透视畸变的编码图形单元图像的过程如下：

在标定板图像中，根据第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块的中点坐标和透视变换为无畸变的第一定位块、第二定位块、第三定位块和第四定位块的中点坐标，确定透视变换的单应性矩阵；

利用单应性矩阵将编码图形单元内的所有像素点投影到无透视畸变的平面，得到去除透视畸变的编码图形单元图像。

在可选实施例中，步骤114中的获得编码区所记载的编码图形单元的标记点的标定信息，包括：

对编码区进行二值化处理；

从编码区的起始位置开始，获取编码区所记载的二值信息；

根据编码区的编码方案，由编码区所记载的二值信息获得编码区的编码信息；

对编码信息进行纠错译码，若纠错译码的错误值少于预设阈值，则将译码结果作为编码图形单元的标记点的标定信息。

其中，所述的获取编码区所记载的二值信息，进一步包括：

从二值化处理后的编码区的点阵中相邻于编码图形单元的上侧的第一行开始，沿从编码图形单元的左侧到编码图形单元的右侧方向的顺序，依次读取点阵中的每一行的数据点；

其中，在读取被第四定位块分割的行时，先读取该行位于第四定位块左侧部分的数据点，之后跳过第四定位块并继续读取该行位于第四定位块右侧部分的数据点。

以上仅举例地说明了多种获取编码区的中的各个数据点的读取顺序中的一种，在实际中，可以对约定或者规定各个数据点的排列顺序，只要读码的时候遵守该排列顺序的规定即可，进而在其他可选实施中，所述的获取编码区所记载的二值信息，还可以包括如下各种读取顺序中的一种：

从二值化处理后的编码区的点阵中相邻于编码图形单元的左侧的第一列开始，沿从编码图形单元的上侧到编码图形单元的下侧方向的顺序，依次读取点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的编码区的点阵中相邻于编码图形单元的左侧的第一列开始，沿从编码图形单元的下侧到编码图形单元的上侧方向的顺序，依次读取点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的编码区的点阵中相邻于编码图形单元的右侧的第一列开始，沿从编码图形单元的上侧到编码图形单元的下侧方向的顺序，依次读取点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的编码区的点阵中相邻于编码图形单元的右侧的第一列开始，沿从编码图形单元的下侧到编码图形单元的上侧方向的顺序，依次读取点阵中的每一列的数据点。

更加扩展来说，排列顺序可以包括更加多样化的方式，例如一个码字(即8个编码快或数据点)占两行，每行四列，按照从上到下，从左到右的方式排列，根据这种排列方式，设定相应的编码区的读取顺序。又例如，将编码区中分割成分散的多个小区域，规定每个小区域的排列顺序，在每个小区域中规定其中的各个数据点的排列顺序，在读取时，按照所规定的区域及其排列顺序以及每个区域中数据点的排列顺序对编码区中各个数据点进行读取。

在可选实施例中，步骤114是在去除透视畸变的编码图形单元图像中执行的。

其中，编码区的编码方案可参见上述关于标定板的实施例中的说明。

在优选实施例中，在由编码区所记载的二值信息获得编码区的编码信息时，先对所获取的二值信息与数据掩码矩阵进行位异或处理得到掩膜前信息，由掩膜前信息获得编码区的编码信息。

在优选实施例中，对编码信息进行纠错译码时，其中的纠错译码为RS(李德所罗门)纠错译码。

在可选实施例中，步骤12可具体包括：

通过Canny边缘检测算子提取特征图案的图像边缘，然后使用Hough算法提取边缘图中的直线，利用直线交点确定特征图案的角点(即特征点)像素坐标。特征图案的角点索引坐标表示为(x,y)，其中x表示列方向，y表示行方向。比如将最靠近图像左上角的特征图案的角点(特征点)的索引坐标定为(0,0)；然后依次按照从左到右、从上到下给予每个角点(特征点)坐标索引。在步骤42中，所获得的特征点在标定板图像中的坐标信息包括了特征点的像素坐标和特征点的索引坐标。

在可选实施例中，在编码图形单元的标记点的标定信息为编码图形单元的标记点在标定板中所有特征点中的标定索引坐标和标定板中相邻特征点之间的物理间距时，步骤13的根据编码图形单元的标记点的标定信息，对标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正，包括：

步骤131、根据标记点的图像索引坐标和标定索引坐标，建立从图像索引坐标到标定索引坐标的映射关系；

步骤132、利用映射关系，将标定板图像中的所有特征点的图像索引坐标变换为标定索引坐标；

步骤133、根据标定板图像中的每个特征点的标定索引坐标和相邻特征点之间的物理间距，获得标定板图像中的每个特征点的物理坐标。

图7示出了一个关于标定板中的坐标推导示意图。图7所示实施例中，编码图形单元3均占用一个基本特征单元图案，编码图形单元3中的左下角点为该编码图形单元3的标记点，该标记点与该位置的特征点重合，即该标记点的坐标就是该处特征点的坐标。在图7所示实施例中，编码图形单元3的左下角点的标定索引坐标为(0,0)，该标定索引坐标是从编码图形单元3中的编码区读出，编码图形单元3的左下角点的像素坐标(即标记点在标定板图像中的坐标)为(300,300)，编码图形单元3右方虚线框中的特征点的像素坐标(即特征点在标定板图像中的坐标)为(500,300)，其中，编码图形单元3的左下角点的像素坐标以及各个特征点的像素坐标是通过步骤11和步骤12中在标定板图像中的查找编码图形单元3而获得的。在步骤12中，获得标定板图像中的每个特征点的像素坐标后，根据标定板图像中的每个特征点的像素坐标确定标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标，例如图7所示中，所获得的最左上角的特征点的像素坐标为(0,0)并将最左上角的特征点的图像索引坐标设为(0,0)，则根据标定板图像中的每个特征点的像素坐标，可确定出标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标，例如，编码图形单元3的左下角点的像素坐标(即标记点在标定板图像中的坐标)为(300,300)，并且由标定板图像中的每个特征点的像素坐标可知，编码图形单元3的左下角点位于最左上角的特征点(图像索引坐标为(0,0))下侧的三个特征点位并位于最左上角的特征点右侧的三个特征点位，进而编码图形单元3的左下角点的图像索引坐标为(3,3)，例如图7中的编码图形单元3右方虚线框中的特征点(以下简称第一特征点)的像素坐标为(500,300)，由标定板图像中的每个特征点的像素坐标可知，第一特征点位于最左上角的特征点(图像索引坐标为(0,0))下侧的三个特征点位并位于最左上角的特征点右侧的五个特征点位，进而第一特征点的图像索引坐标为(5,3)，例如图7中的编码图形单元3左上方虚线框中的特征点(以下简称第二特征点)的像素坐标为(100,100)，由标定板图像中的每个特征点的像素坐标可知，第二特征点位于最左上角的特征点(图像索引坐标为(0,0))下侧的一个特征点位并位于最左上角的特征点右侧的一个特征点位，进而第二特征点的图像索引坐标为(1,1)。通过步骤12可以获知编码图形单元3的左下角点(标记点)的图像索引坐标为(3,3)、第一特征点的图像索引坐标为(5,3)、第二特征点的图像索引坐标为(1,1)等，通过步骤11可以获知编码图形单元3的左下角点(标记点)的标定索引坐标为(0,0)，则在步骤131中根据标记点的图像索引坐标(3,3)和标定索引坐标(0,0)，建立从图像索引坐标到标定索引坐标的映射关系为：

x’＝x+ox

y’＝y+oy

其中，(x’,y’)为特征点的标定索引坐标，(x,y)为特征点的图像索引坐标，ox、oy分别为x方向、y方向的偏移量。在图7所示实施例中，由标记点的图像索引坐标(3,3)和标定索引坐标(0,0)可知，对于标记点而言，有

0＝3+ox

0＝3+oy

则可以得出，ox为-3，oy为-3。则，在步骤132中，由第一特征点的图像索引坐标(5,3)和上述映射关系可以得到第一特征点的标定索引坐标为

x’＝5-3＝2

y’＝3-3＝0

即第一特征点的标定索引坐标为(2,0)，同理可以推知第二特征点的标定索引坐标为(-2,-2)，其他特征点的标定索引坐标均可通过该方法推导得出。

在步骤133中，将每个特征点的标定索引坐标和相邻特征点之间的物理间距进行简单相乘，便可以得到标定板图像中的每个特征点的物理坐标。例如若相邻特征点之间的物理间距为10mm，则编码图形单元3的左下角点(标记点)的物理坐标为(0,0)，第一特征点的物理坐标为(20mm,0)，第二特征点的物理坐标为(-20mm,-20mm)等。

在可选实施例中，在编码图形单元的标记点的标定信息为编码图形单元的标记点在标定板中的物理坐标时，步骤13的根据编码图形单元的标记点的标定信息，对标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正，包括：

步骤131’、接收用户输入的标定板中相邻特征点之间的物理间距；

步骤132’、根据编码图形单元的标记点在标定板中的物理坐标和标定板中相邻特征点之间的物理间距，获得标定板中所有特征点的物理坐标。

在这里，只涉及到关于物理坐标之间的换算关系，可在上述说明并结合一般的坐标换算技术即可实现步骤132’的内容，此处不再赘述。

本发明实施例的标定板可应用于多个相机的机器视觉应用系统的标定，如图8所示，其中，尽管图8中描绘了4个相机，但是机器视觉应用系统可以使用更少或者更多的相机来拍摄同一场景。每个相机的视野可以存在重叠区域或者不存在重叠区域，如图8所示中的虚线区域。甚至，机器视觉应用系统可以只使用一个相机。

图9示出了采用本发明实施例的标定板进行多相机标定的过程，包括：

步骤a、确定所要制作的标定板的尺寸，制作标定板，之后进入步骤b；

步骤b、确定标定板的位姿，之后进入步骤c；

步骤c、将标定板放置于确定好的位姿上，之后进入步骤d；

步骤d、相机抓取标定板图像，之后进入步骤e；

步骤e、在所抓取的标定板图像，对标定板进行定位处理，获得标定板信息，之后进入f；

步骤f、判断相机是否遍历完成，即判断是否所有相机均完成步骤d和步骤e，如果是，则进入步骤g，否则返回步骤d；

步骤g、判断标定板位姿是否移动完成，如果是则进入步骤i，否则进入步骤h；

步骤h、将标定板移动至下一个位姿，之后返回步骤b；

步骤i、进行标定处理。

在可选实施例中，标定处理包括有手眼标定和非手眼标定，手眼标定和非手眼标定均可采用已有技术实现，此处不再赘述。

本发明实施例中，各附图中所示的编码区35仅为示意性说明，并不代表其中真实记载的编码数据。

关于本发明实施例中的异或操作，补充说明如下。

在编码过程中，对将要记录于编码区中的真实数据与数据掩码矩阵进行异或操作，得到避免黑白聚集情况的编码区图形，在译码过程中，对编码区图形同样采用与数据掩码矩阵进行异或操作的手段，并且，在编码时采用的数据掩码矩阵和译码时采用的数据掩码矩阵相同，因为异或遵循如下结合律：

因此，若将a定义为数据掩码矩阵，将b定义为编码时将要记录于编码区中的真实数据，则上述等式左边中的

则表示了在编码时对真实数据与数据掩码矩阵进行异或操作，若将

的结果定义为c，则c即表示了避免黑白聚集情况的编码区图形，那么上述等式左边的内容即为

而上式右侧的

表示了在译码时将编码区图形与数据掩码矩阵进行的异或操作。

从上述两式可知

而本领域人员知晓的是，相同数值的异或值为0，即上式中

则有

而本领域人员知晓的是，0与非零数异或等于该非零数，则如果b为非零数则有

其中，因为b定义为编码时将要记录于编码区中的数据，所以从上式可以看出，在译码过程中，对编码区图形与数据掩码矩阵(与编码时采用的数据掩码矩阵相同)进行异或操作能够得到原始的编码的真实数据。

所以，在优选实施例中，在编码过程中和译码过程中采用相同的数据掩码矩阵分别对将要记录于编码区中的真实数据和编码区进行异或操作，能够在译码时得到记录于编码区中的原始编码信息。

本发明实施例还提供了一种电子设备，其结构可参见图10所示，该电子设备包括：至少一个处理器41；以及，与所述至少一个处理器41通信连接的存储器42；其中，所述存储器42存储有可被所述至少一个处理器41执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器41执行，以使所述至少一个处理器41执行如上述各项实施例中任一项所述的标定方法中的步骤。

本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，其特征在于，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上述各项实施例中任一项所述的标定方法中的步骤。

本发明实施例的标定板、标定方法、电子设备和非易失性计算机可读存储介质，在标定板的特征图案中嵌入含有方向信息和标定信息的编码图形单元，替代了采用二维码进行标定的标定板，节省了采用二维码生成软件所需的成本，并且不受限于现有二维码生成软件的使用限制，同时，本发明实施例利用内嵌于标定板的编码图形单元记载标定板的标定信息，使得相机进行标定时能够直接从标定板图像中获得标定板的标定信息，进而得到关于标定板中特征点的索引坐标和相邻特征点之间的物理间距信息或者得到关于标定板中特征点的物理坐标信息，从而不必人工方式对标定板的相关信息进行手动输入，实现了相机的自动标定，提高了标定效率和标定准确率。本发明实施例中，编码图形单元中的四个定位块既能提供编码图形单元的方向信息也能提供标定板的方向信息，实现了同时对编码图形方向和标定板方向标注的复用。本发明实施例中，编码图形单元的大小可以灵活设置，可以小于、等于或者大于标定板的特征图案，使得编码图形单元在标定板中的位置和大小进行灵活设定。本发明实施例中，编码图形单元中的编码图形中包含数据码字和纠错码字，编码解码方案采用RS编解码方案，并且解码时对编码图形单元所记载的二值信息进行异或处理，从而提高了解码准确率。另外，本发明实施例中，采用6个数据码字加18个纠错码字的编码方案，可使得容错率达到37.5％，高于现有的QR码、DM码等二维码的最大容错率，因此本发明中的编码图形单元具备更好的防错性能。此外，本发明实施例中的编码区的尺寸为16×16，与版本1的QR码相比，尺寸可缩小42％，能够用于更小的标定板，或其他需要小尺寸码的应用场景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (24)

1.一种标定板，其特征在于，包括：

基板；

特征图案，所述特征图案印制于所述基板的表面，并且所述特征图案中具有多个特征点；

编码图形单元，所述编码图形单元为正方形且覆盖于所述特征图案上；其中，

所述编码图形单元包括：

第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块和编码区；其中，

所述第一定位块、所述第二定位块和所述第三定位块分别位于所述编码图形单元的第一角部区域、第二角部区域和第三角部区域，其中所述第二角部区域和第三角部区域为所述编码图形单元的一个对角线上的两个角部区域；

所述编码区位于所述编码图形单元中未被所述第一定位块、所述第二定位块和所述第三定位块所占据的区域，所述编码区记载有所述编码图形单元的标记点的标定信息，其中，所述标记点与所述特征图案中的其中一个特征点位置重合；

所述第四定位块嵌入于所述编码区，并且在所述第一定位块的中心、所述第二定位块的中心、所述第三定位块的中心和所述第四定位块的中心所构成的四边形中，所述第四定位块所处位置的内角为所述四边形四个内角中的最大内角，并且所述第四定位块的中心与所述第三定位块的中心之间的距离小于所述第四定位块的中心与所述第二定位块的中心之间的距离。

2.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码图形单元具有第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，并且所述第一边缘垂直相交于所述第二边缘，所述第二边缘垂直相交于所述第三边缘，所述第三边缘垂直相交于所述第四边缘，所述第四边缘垂直相交于所述第一边缘；

所述第一定位块的边缘同时与所述第一边缘和所述第二边缘相切；

所述第二定位块的边缘同时与所述第二边缘和所述第三边缘相切；

所述第三定位块的边缘同时与所述第一边缘和所述第四边缘相切；

所述第四定位块的边缘仅与所述第四边缘相切。

3.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块的形状大小相同。

4.根据权利要求3所述的标定板，其特征在于：

所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块均为同心而设并且颜色相间的多个圆环形状。

5.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于，所述特征图案为：

棋盘格图案、圆点图案或六边形图案。

6.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码图形单元的标记点为：

所述编码图形单元的四个顶角中的指定的一个顶角所指向并且与该指定的一个顶角距离最近的特征点；

所述编码图形单元的标记点的标定信息包括：

所述编码图形单元的标记点在所述标定板中所有特征点中的标定索引坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距，其中，标定索引坐标是指：记载于所述编码区中的所述标记点在标定板中所有特征点中的索引坐标；

或者，

所述编码图形单元的标记点在所述标定板中的物理坐标。

7.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码图形单元的数量为至少一个。

8.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于：

所述编码区为数据点组成的点阵，所述数据点为方形点或圆形点；

所述数据点包括彼此区分的两种颜色数据点，其中一种颜色的数据点表示0，另一种颜色的数据点表示1。

9.根据权利要求8所述的标定板，其特征在于：

所述点阵包括a个数据点；

所述a个数据点排列构成b个数据码字和c个纠错码字，每个码字为二进制d位；其中，

所述标定板的标定信息记载于所述b个数据码字中；

所述纠错码字用于对所述数据码字进行纠错译码；

其中，a>1、b>1、c>b、d>1，且a＝(b+c)×d。

10.根据权利要求9所述的标定板，其特征在于，当所述编码图形单元的标记点的标定信息为所述编码图形单元的标记点在所述标定板中所有特征点中的标定索引坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距时，所述b个数据码字转换十进制后的内容包含：所述点阵所属的编码图形单元的标记点在所有特征点中的列序号和行序号，以及所述标定板中相邻特征点之间的物理间距。

11.根据权利要求1所述的标定板，其特征在于，所述编码图形单元还包括：

静区，所述第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块和编码区内嵌于所述静区中，所述静区用于在第一定位块、第二定位块、第三定位块、第四定位块和编码区与所述特征图案之间隔离。

12.一种标定方法，包括：

拍摄含有如权利要求1至11任一项所述的标定板的标定板图像，并从所述标定板图像中提取标定板信息；

根据所提取的标定板信息进行标定处理。

13.根据权利要求12所述的标定方法，其特征在于，所述的从所抓取的标定板图像中提取标定板信息，包括：

在所述标定板图像中查找所述编码图形单元，并读取所述编码图形单元中的所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息；其中，所述编码图形单元的标记点为：所述编码图形单元的四个顶角中的指定的一个顶角所指向并且与该指定的一个顶角距离最近的特征点；

在所述标定板图像中查找所述特征点，获取所述标定板图像中的每个特征点的像素坐标，并根据所述标定板图像中的每个特征点的像素坐标确定所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标，其中，所述图像索引坐标是指：从所述标定板图像中获得的只在标定板图像中拍摄到的部分特征点中的索引坐标；

根据所述编码图形单元的标记点的标定信息，对所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正。

14.根据权利要求13所述的标定方法，其特征在于，所述的在所述标定板图像中查找所述编码图形单元，并读取所述编码图形单元中的所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息，包括：

在所述标定板图像中查找所述编码图形单元的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块，根据查找到的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块确定所述编码图形单元的方向；

在所述标定板图像中查找所述编码图形单元的标记点，并确定所述编码图形单元的标记点在所述标定板图像中的像素坐标，根据所述标记点在所述标定板图像中的像素坐标和所述标定板图像中的每个特征点的像素坐标，确定所述标记点在所述标定板图像中的所有特征点中的图像索引坐标；

在所述标定板图像中，根据所述编码图形单元中的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块的位置，确定所述编码区的位置；

读取所述编码区，以获得所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息。

15.根据权利要求14所述的标定方法，其特征在于，所述的在所述标定板图像中查找所述编码图形单元的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块，包括：

将所述编码图形单元包括的四个定位块的中心作为顶点构建四边形；

获取所述四边形的四个内角，在所述四个内角中，将最大内角位置处的定位块确定为所述第四定位块；

将所述最大内角的两个边的距离所述第四定位块最近的定位块确定为所述第三定位块，将所述最大内角的两个边的距离所述第四定位块最远的定位块确定为所述第二定位块，将余下的定位块确定为所述第一定位块；

所述的根据查找到的所述第一定位块、所述第二定位块、所述第三定位块和所述第四定位块确定所述编码图形单元的方向，包括：

将所述第一定位块和所述第二定位块的一侧确定为所述编码图形单元的上侧，将所述第三定位圆环和所述第四定位块一侧确定为所述编码图形单元的下侧，将所述第一定位块和所述第三定位块的一侧确定为所述编码图形单元的左侧，将与所述编码图形单元的左侧相对的所述编码图形单元的另一侧确定为所述编码图形单元的右侧。

16.根据权利要求13所述的标定方法，其特征在于，在所述编码图形单元的标记点的标定信息为所述编码图形单元的标记点在所述标定板中所有特征点中的标定索引坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距时，所述的根据所述编码图形单元的标记点的标定信息，对所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正，包括：

根据所述标记点的图像索引坐标和标定索引坐标，建立从图像索引坐标到标定索引坐标的映射关系；

利用所述映射关系，将所述标定板图像中的所有特征点的图像索引坐标变换为标定索引坐标；

根据所述标定板图像中的每个特征点的标定索引坐标和相邻特征点之间的物理间距，获得所述标定板图像中的每个特征点的物理坐标。

17.根据权利要求13所述的标定方法，其特征在于，在所述编码图形单元的标记点的标定信息为所述编码图形单元的标记点在所述标定板中的物理坐标时，所述的根据所述编码图形单元的标记点的标定信息，对所述标定板图像中的每个特征点的图像索引坐标和物理坐标进行修正，包括：

接收用户输入的标定板中相邻特征点之间的物理间距；

根据所述编码图形单元的标记点在所述标定板中的物理坐标和所述标定板中相邻特征点之间的物理间距，获得所述标定板中所有特征点的物理坐标。

18.根据权利要求14所述的标定方法，其特征在于，所述的获取所述编码区所记载的所述编码图形单元的标记点的标定信息，包括：

对所述编码区进行二值化处理；

从所述编码区的起始位置开始，获取所述编码区所记载的二值信息；

根据所述编码区的编码方案，由所述编码区所记载的二值信息获得所述编码区的编码信息；

对所述编码信息进行纠错译码，若纠错译码的错误值少于预设阈值，则将译码结果作为所述编码图形单元的标记点的标定信息。

19.根据权利要求18所述的标定方法，其特征在于：

在由所述编码区所记载的二值信息获得所述编码区的编码信息时，先对所获取的二值信息与数据掩码矩阵进行位异或处理得到掩膜前信息，由所述掩膜前信息获得所述编码区的编码信息。

20.根据权利要求18所述的标定方法，其特征在于：

所述纠错译码为李德所罗门RS纠错译码。

21.根据权利要求18所述的标定方法，其特征在于，所述的获取所述编码区所记载的二值信息，包括：

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的上侧的第一行开始，沿从所述编码图形单元的左侧到所述编码图形单元的右侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一行的数据点；

其中，在读取被所述第四定位块分割的行时，先读取该行位于所述第四定位块左侧部分的数据点，之后跳过所述第四定位块并继续读取该行位于所述第四定位块右侧部分的数据点。

22.根据权利要求18所述的标定方法，其特征在于，所述的获取所述编码区所记载的二值信息，包括：

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的左侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的上侧到所述编码图形单元的下侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的左侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的下侧到所述编码图形单元的上侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的右侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的上侧到所述编码图形单元的下侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点；或者，

从二值化处理后的所述编码区的点阵中相邻于所述编码图形单元的右侧的第一列开始，沿从所述编码图形单元的下侧到所述编码图形单元的上侧方向的顺序，依次读取所述点阵中的每一列的数据点。

23.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求12所述的标定方法中的步骤。

24.一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，其特征在于，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如权利要求12所述的标定方法中的步骤。

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