双目视觉自动标定系统的研究与实现.pdf
摘要
随着人们对体育锻炼的重视，国内外出现诸如羽毛球机器人、乒乓球机器人、
网球机器人等体育机器人。这些体育机器人获取目标物体三维信息的主要方式为
双目视觉测量，而双目视觉实现准确测量的前提是双目进行了准确的标定。
以目前标定羽毛球机器人双目视觉系统为例，需要人工调整标定板摆放位置与
姿态，人工判断图像状态，导致标定过程工作繁重，时间久，效率低。为此本论
文研究与实现一种双目视觉自动标定系统，用于替代人工进行标定板位置与角度
调整，对标定板图像状态进行检测与控制。之后基于双目视觉自动标定系统对标
定板图像占相机画幅比例、标定板角度、标定板图像数量、标定板规格等因素对
标定精度的影响进行了实验研究。本文主要完成的研究工作有：
1
（）对双目相机标定理论进行了分析，得出双目标定对标定板有效摆放位姿
的要求。根据理论分析与研究内容，确定了双目视觉自动标定系统机械系统、电
气系统、软件系统方案。
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（）对标定板运载平台机械系统进行了设计与加工。标定板运载平台由全向
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移动底盘、升降机构、俯仰旋转机构部分组成，其中全向移动底盘采用主动
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麦克纳姆轮构型以实现全向移动，底盘设计有悬挂结构以保证个麦克纳姆轮与
地面充分接触，升降机构和俯仰旋转机构设计为断电后可自锁。使用SolidWorks
对各个零部件进行三维建模，利用SolidWorksSimulation有限元分析工具对关键零
部件进行强度与刚度分析。最后进行标准件采购与非标零件加工，完成标定板运
载平台机械系统组装。
3STM32F407ZGT6
（）根据标定板运载平台控制需要，基于主控芯片对标定
板运载平台电气系统进行了硬件选型，根据各个硬件控制需要确定主控芯片的引
脚分配并对电气系统整体线路连接进行了设计。最后采购电气系统各模块与元件，
完成电气系统的安装与布线。
4Qt
（）设计了双目视觉自动标定系统软件系统。基于图形界面应用程序开发
HALCONPC
框架和机器视觉算法包联合开发了运行在机上的上位机软件，基于
FreeRTOS嵌入式操作系统设计了运行在标定板运载平台主控芯片上的下位机软件。
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（）建立衡量双目标定精度的指标。使用标定后的双目相机测量标定板相邻
特征点的行列间距，利用双目视觉测量间距与实际间距的差值作为双目标定精度
指标。
6
（）搭建完成了双目视觉自动标定系统，对标定板图像占相机画幅比例、标
定板角度、标定板图像数量、标定板规格等因素对标定精度的影响进行了实验研
究，对各因素对标定精度的影响进行了分析与总结。
关键词：双目标定，俯仰旋转机构，全向移动底盘，上下位机软件，标定精度
ABSTRACT
Aspeoplepaymoreattentiontophysicalexercise,sportsrobotssuchasbadminton
robots,tabletennisrobots,tennisrobots,etc.haveappearedathomeandabroad.The
mainwayforthesesportsrobotstoobtainthethree-dimensionalinformationofthe
targetobjectisbinocularvisionmeasurement,andtheprerequisitefo