眼在手上的手眼标定(matlab+python)实测精度±1mm

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眼在手上的手眼标定(matlab+python)实测精度±1mm
一、准备工作
  • 材料准备:标定板、相机、机械臂;
  • 做相机标定,同时记录拍照位机械臂位姿(images/pos.txt),照片放在images下;(笔者提供了标定的图片及数据)
二、相机标定:
  • 使用matlab自带的相机标定工具箱进行标定,标定结果会输出到matlab工作区,需要将其保存至本地;
data = toStruct(cameraParams);
% 保存变量到.mat文件
save('cameraParams.mat', 'data');
三、手眼矩阵计算:
1. 运行hand_eye_calibrate.py;
  • 读取cameraParams.mat中的标定结果,并写入配置文件camera.ini;
  • 计算相机和机械臂末端变换矩阵至cam2end.txt;
2. 注意
  • 需要注意机械臂位姿输出的格式,我这里用的输出格式为:
[x, y, z, rx, ry, rz]
四、如何使用手眼矩阵
  1. 提供了一个基于AprilTag的定位方案,见get_target_pose.py;

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Python 是一种高级、解释型、通用的编程语言,以其简洁易读的语法而闻名,适用于广泛的应用,包括Web开发、数据分析、人工智能和自动化脚本

### 手眼标定(Eye-in-Hand)的MATLABPython 实现 #### MATLAB 实现 对于手眼标定,在 MATLAB 中可以利用 Robotics System Toolbox 提供的功能来完成。该工具箱提供了专门用于机器人操作和感知的任务函数,其中包括手眼标定。 为了执行 Eye-in-Hand 的校准过程,通常需要获取一系列的手末端执行器位置以及对应的相机图像姿态数据。通过这些配对的数据点,能够计算出摄像机相对于机械末端执行器的确切变换矩阵[^1]。 下面是一个简单的例子展示如何使用 `estimateHandEyeTransformation` 函数来进行手眼标定: ```matlab % 假设 T_worldToBase 是已知的世界坐标系到基座坐标的转换序列, % imgPts 是对应于上述位姿下的棋盘格角点像素坐标。 T_baseToCamera = estimateHandEyeTransformation(T_worldToBase, imgPts); disp('The transformation from base to camera is:'); disp(T_baseToCamera); ``` 此代码片段展示了基本的工作流程;实际应用中可能还需要额外处理诸如噪声过滤等问题。 #### Python 实现 在 Python 生态系统里,OpenCV 库支持多种计算机视觉任务,也包含了对手眼关系估计的支持。具体来说,可以通过调用 OpenCV 的 `cv2.calibrateHandEye()` 方法实现这一目标。 这里给出一段示范性的 Python 代码,说明怎样读取并解析来自不同视角的一组图像特征点及其关联的姿态信息,进而求解出手眼之间的相对变换矩阵[^2]。 ```python import numpy as np import cv2 # 加载预先记录好的旋转和平移向量列表 R_list, t_list, # 这些应该来自于外部设备比如运动捕捉系统或者由其他方式获得. R_cam_to_gripper = [] # 相机至夹爪的旋转矩阵集合 t_cam_to_gripper = [] # 相机至夹爪的平移向量集合 for i in range(num_poses): # num_poses 表示有多少个不同的姿势被采集下来 rvec = ... # 获取第i次拍摄时的旋转向量 tvec = ... # 获取第i次拍摄时的平移向量 rot_mat, _ = cv2.Rodrigues(rvec) R_cam_to_gripper.append(rot_mat) t_cam_to_gripper.append(tvec) # 调用手眼标定算法 R, t = cv2.calibrateHandEye(R_cam_to_gripper, t_cam_to_gripper) print("Rotation matrix:\n", R) print("Translation vector:\n", t) ``` 这段脚本假设已经存在一组有效的旋转和平移参数作为输入给到了程序内部变量之中。最终输出的就是所寻求的手眼间的刚体变换——即旋转矩阵 \( \mathbf{R} \) 及其伴随的平移矢量 \( \mathbf{t} \)[^3].
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