基於Opencv開發的手眼標定工具

正文

器材準備 

1. 3D結構光相機一個(ge)  

2. Opencv專(zhuan) 用的棋盤格標定板，規格為(wei) 9*6 ，10mm使用教程 

3. 工業(ye) 機器人一台 

4. PC一台（帶usb3.0接口） 

5. 手眼標定工具軟件包解壓至本地  

數據準備 

1. 離線標定 

2. 手眼標定，分眼在手上eih和眼在手外eth。基礎知識請自行了解 

3. 旋轉類型一般分2種，常見進口機器人都為(wei) abg，例如abb，ur，fanuc，kuka等；國產(chan) 機器人大部分為(wei) gba

4. 其他文件路徑默認在當前目錄下 

5. 在當前目錄下新建robotpose.txt 和caldata文件夾 

（一）標定板采樣至少10組RGB數據，格式為(wei) png即可

（二）機器人pose也相應采樣同等組數，打開robotpose.txt -> 每行記錄一組笛卡爾（x,y,z,rx,ry,rz）-> 每個(ge) 浮點數之間用半角逗號

間隔

執行標定 

1. 下載到本地後，打開手眼標定工具 

2. 標定工具選擇Opencv，標定類型視情況選，旋轉類型視情況選（大多情況是abg） 

3. 點擊標定按鈕，標定結果和殘差的.yaml文件都生成在當前目錄下

Opencv手眼標定求解原理概述:

1. 坐標係之間的關(guan) 係可以用齊次矩陣表示H = [R t]，其中H為(wei) 4*4方陣，R為(wei) 3*3旋轉方陣，t代表3*1平移向量，任意坐標係之間位置的轉換，都可以用齊次矩陣（旋轉和平移）來描述，下麵將簡述手眼標定中各坐標係之間的關(guan) 係，以及如何通過Opencv算子解出目標手眼矩陣。先交代一個(ge) 前提（齊次矩陣的文字表達）。例 A_H_B = [R t] , 把A坐標係先經過R旋轉，再經過t平移，可到達B坐標係，也可以理解成B坐標係下的某個(ge) 點在A坐標係下的位姿.

2. 手眼標定涉及以下幾個(ge) 坐標係

    Pixel_H_Image 圖像平麵坐標係在像素平麵坐標係下的位姿

    Image_H_Camera 相機光心坐標係在圖像坐標係下的投影位姿

    Camera_H_World 世界坐標係（人為(wei) 定) 在相機坐標係下的位姿

    Base_H_Tool 機器人末端工具坐標係在機器人基坐標係下的位姿，機器人正運動學計算得到，即可在示教器上直接查看

    Tool_H_Camera | | Base_H_Camera  手眼矩陣二選一，根據相機固定方式來定，即相機坐標係在工具坐標係下的位姿 或 相機坐標

係在機器人基坐標係下的位姿

    Base_H_Obj 物體(ti) 在基坐標係下的位姿

    World_H_Obj 物體(ti) 在世界坐標係下的位姿

    Pixel_H_Obj 物體(ti) 在像素平麵坐標係下的位姿

3. 通過cv::calibrateCamera()求內(nei) 參

輸入參數：Pixel_H_Obj （從(cong) 多副含有標定板的圖像中通過cv::findChessboardCornersSB()得到），World_H_Obj （通過vector容

器和棋盤格規格得到）

輸出參數：Pixel_H_Camera = Pixel_H_Image*Image_H_Camera

4. 通過cv::solvePnP()計算得到相機外參，並得到最終要的標定板在相機下的位姿

輸入參數：Pixel_H_Camera，Pixel_H_Obj ，World_H_Obj（均通過上述過程得到）

輸出參數：Camera_H_Obj （每張圖片一個(ge) 位姿，放入vector容器）

5. 通過cv::calibrateHandeye()求出手眼矩陣

眼在手上時：

輸入參數：Base_H_Tool（多組位姿，放入vector容器），Camera_H_World

輸出參數：Tool_H_Camera

眼在手外時：

輸入參數：Tool_H_Base（多組位姿，放入vector容器），Camera_H_World

輸出參數：Base_H_Camera

6. 驗算手眼標定精度

眼在手上時，理論上每組的Base_H_Obj相同，因此：

Base_H_Obj（待求） = Base_H_Tool(已知) * Tool_H_Camera(手眼矩陣) * Camera_H_Obj(已知)，求多組Base_H_Obj，估算誤差

眼在手外時，理論上每組的Tool_H_Obj相同，因此：

Tool_H_Obj （待求）= Tool_H_Base（已知） * Base_H_Camera（手眼矩陣），求多組Tool_H_Obj，估算誤差

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