工业领域中相机 9 点标定的作用、意义及影响因素

不同标定文件的区别：不同标定的区别在于图像坐标系与机器人坐标系是否匹配，单像素精度是否匹配。单像素精度受相机与被测物体高度差影响，如果相机与被测物体高度差没有变化，则不需要更改标定文件。

9点校准的意义：

校准视野，校准后的视野应大于相机视野的2/3，以保证能够及时检测到相机畸变。

1、计算像素当量。通过9点校准后的计算，我们可以得到机器人运动时像素值的变化量。校准后，我们​​可以得到一个固定的像素当量值。

2.将图像坐标系转换为机器人同方向坐标系。

为什么叫各向同性坐标系呢？

我们在标定的时候需要将图像坐标和对应的机械臂坐标一一对应起来。图像坐标系通常默认左上角视野临界点作为图像的起始原点，也就是（0，0）【图像坐标系】，图像的东边是X轴正方向，南边是Y轴正方向。当然由于各种问题，我们的机械臂坐标系往往比较混乱，不稳定，而实际的工作单元就是机械臂。我们的相机需要对机械臂进行导引，所以即使机械臂坐标系不同九点，也可以通过9点标定，将机械臂坐标系和图像坐标系联系起来，算成坐标系同方向的状态。

我们的校准步骤：

1.设备安装完成后开始手眼校准

2、确定工作计算的坐标系。实际生产中，视觉计算的坐标系往往是多种多样的，要根据实际情况选择工作坐标系，同时还需要在工作坐标系中进行示教。我直接采用机器人的Base0坐标系，原因是Base0坐标系是机器人固定的坐标系，这个坐标系的原点在机器人底座上，坐标系的变化只与机器人的安装误差有关。

3、将机械臂移动到方案中选择的拍摄高度，然后调整相机焦距及光圈到最大，并在相机控制软件中调整相机曝光时间，使得视野范围内物体清晰可见且干扰源尽量小。

4、以Kuka机器人为例，选择机器人为全局坐标系，即Base0坐标系（基坐标系），移动机械臂，使相机中心对准待检测物体（或标定物体中心），记录当前机器人坐标X、Y、Z、A等值。

5、设置机械臂移动距离。根据实际情况设置机械臂移动距离，通常9个点都在图中，9个点连起来占的面积大概是视野的2/3，这里我取20mm作为偏移值。然后设置视野中心点为点4，机器坐标为（0，0）。对应坐标为

比如说0点的机械坐标设定为（-20，-20），那么我们把机械手中的X轴移动-20，Y轴移动-20，其他的保持不变。我们其他的坐标也是同样的道理。

6.然后生成校准文件进行验证

参考程序

*已知A坐标系的9个点
Ax:=[-20,-20,-20,0,0,0,20,20,20]
Ay:=[-20,0,20,20,0,-20,-20,0,20]
 
*待识别的B坐标点，和上面的A坐标系点一一对应
Bx:=[]
By:=[]
dev_get_window (WindowHandle)
* Image Acquisition 01: Code generated by Image Acquisition 01
list_files ('E:/762halcon/标定', ['files','follow_links'], ImageFiles)
tuple_regexp_select (ImageFiles, ['\\.(tif|tiff|gif|bmp|jpg|jpeg|jp2|png|pcx|pgm|ppm|pbm|xwd|ima|hobj)$','ignore_case'], ImageFiles)
for Index := 0 to |ImageFiles| - 1 by 1
    read_image (Image, ImageFiles[Index])
    * Image Acquisition 01: Do something
    dev_display (Image)
    * 以下过程为在B坐标系找A中的9个点
    draw_rectangle1 (WindowHandle, Row1, Column1, Row2, Column2)
    gen_rectangle1 (Rectangle, Row1, Column1, Row2, Column2)
    reduce_domain (Image, Rectangle, ImageReduced)
    threshold (ImageReduced, Regions, 0, 211)   
    *找到了B坐标系的点(Row,Column)
    area_center (Regions, Area, Row, Column)
    Bx:=[Bx,Column]
    By:=[By,Row]
endfor
*得到目标变换矩阵HomMat2D
vector_to_hom_mat2d (Bx, By, Ax, Ay, HomMat2D)
 
*保存变换矩阵
serialize_hom_mat2d (HomMat2D, SerializedItemHandle)
open_file ('my_vector.mat', 'output_binary', FileHandle) 
fwrite_serialized_item (FileHandle, SerializedItemHandle) 
close_file (FileHandle)
 
stop ()
*读取变换矩阵,测试
open_file ('my_vector.mat', 'input_binary', FileHandle) 
fread_serialized_item (FileHandle, SerializedItemHandle) 
deserialize_hom_mat2d (SerializedItemHandle, HomMat2D_9p) 
close_file (FileHandle)
tx:=20
ty:=30
affine_trans_point_2d (HomMat2D_9p, tx, ty, Qx, Qy)

7、同时标定的坐标系需要和程序的实际情况相对应，如果程序中包含当前坐标-示教坐标，那么标定的坐标系需要和机器人的坐标系方向相反。

KUKA机器人参考校准文件程序：

{x -15}

{y-15} //第一个点

{x 15}

{x 15}

{15}

{x -15}

{x -15}

{15}

{x 15}

{x15} //最后一个点

{x-15}

{y -15} （回到原点）

标定后的图像坐标系与机器人坐标系相反，适用于当前的坐标示教坐标程序。

校准问题：

1.照片随着机器人的运动而倾斜。

只要基于机器人的坐标系进行运动，图像的连接线是否倾斜都不会影响精度。

2、校准结果不准确。

问题出在校准坐标系上，如果在Base0下校准出现错误，说明机器人安装不正确，建议重新正确安装机器人底座。如果在其他机器人坐标系下校准出现错误，是因为机器人的Z轴发生了变化，但在当前坐标系下没有变化，其实是Base0下的Z轴已经开始变化了，可以换个坐标系在Base0下校准。

3.校准时为什么将点4（视场中心）的机械坐标设为0？

在计算的时候，选择视野内的机械坐标为 0 的好处是，在示教的时候，可以直接把视野中心的点记为示教点，那么偏移量就可以直接用坐标映射后的坐标 + 示教后的坐标得到基于当前坐标系的坐标，方便计算。

参考校准图像