标定板图案怎么选：棋盘格、ChArUco、圆点与 AprilGrid

要点

• 单相机、能保证整块板都在画面内：棋盘格最简单，几乎所有标定软件都支持。
• 需要把特征点拍到画面边缘、可能被遮挡，或者做双目、多相机、手眼标定：优先选 ChArUco 或 AprilGrid。它们允许只拍到部分板面，每个角点都有唯一编号。
• 想保留纯棋盘格的外观，同时需要方向唯一：选带标记棋盘格。
• 圆点图案对噪声和轻微离焦不敏感，常用于背光，但存在透视偏差；对称圆点有 180° 方向歧义，非对称圆点需用奇数行。
• 图案确定后，还要定尺寸、方格大小（或字典、tag 尺寸）和基材，这些参数必须与软件中的设置完全一致。

六种常见图案各有什么特点？

棋盘格（checkerboard）

黑白相间的方格，特征点是四个方格交汇处的内角点。内角点是一个鞍点（saddle point）：把灰度看成曲面，它在两条对角线方向上的弯曲方向相反。利用这一结构可以做亚像素定位。棋盘格结构简单，制作容易，几乎所有标定工具都支持。

它的局限有两点。第一，经典检测算法需要看到完整的内角点阵列，板子有一角出画或被遮挡就会失败，因此很难把特征点放到图像最边缘。第二是方向：如果横向和纵向方格数的奇偶相同（例如 10×8 或 11×9），棋盘旋转 180° 后外观完全一样，检测器无法判断哪一角是原点。

ChArUco

在棋盘格的白色方格里放置 ArUco 二进制编码标记。每个内角点周围的标记都有唯一 ID，检测到标记后，就能确定附近每个角点的编号。因此：

• 板子只拍到一部分也能使用，能把角点推到画面的四角和边缘；
• 方向唯一，不同相机看到的同一个角点编号一致；
• 定位精度来自棋盘格角点，与棋盘格相当。

代价是需要更高的成像分辨率——标记的每个编码位（bit）都必须能被分辨；同时字典、方格数、方格边长、标记边长和起始 ID 都必须与软件设置一致。另外，OpenCV 4.6 修改了 ChArUco 的排布规则：纵向方格数为偶数时，旧规则生成的板左上角是白格，新规则是黑格。用旧规则制作的板，在新版本中需要开启 legacy 模式才能识别。

带标记棋盘格

在普通棋盘格中心附近的几个方格里加入小圆形标记，检测器（如 OpenCV 的 findChessboardCornersSB 配合 CALIB_CB_MARKER 选项）据此确定原点和方向。它保留了棋盘格的简洁和精度，又解决了方向歧义，但一般仍要求整板可见。

对称圆点阵列

实心圆按正方形网格排列，特征点是圆心。圆心由整圈边缘共同确定，对噪声和轻微离焦不敏感，在背光照明下对比度很高。不过它旋转 180° 后与自身重合（行列数相同时旋转 90° 也重合），方向无法唯一确定，适合单目标定。

非对称圆点阵列

相邻两行错开半个间距排列。行数为奇数时，图案旋转 180° 后不再与自身重合，方向可以唯一确定；行数为偶数时仍然对称，这一点容易被忽略。它的点排布比对称圆点更紧凑。

AprilGrid

由 AprilTag（36h11 编码族）组成的网格。相邻 tag 之间的间隙交汇处放有小黑块，它们与 tag 的黑边在 tag 四角构成类似棋盘格的 X 形角点，便于亚像素细化。每个 tag 提供 4 个角点，ID 唯一，允许部分可见。它是 Kalibr 推荐使用的标定板，常用于多相机和相机–IMU 联合标定。

一张表看懂差异

角点和圆心，哪种特征更准？

两类特征都能达到亚像素精度，差别主要在系统偏差和对成像条件的敏感程度：

• 角点（棋盘格、ChArUco、带标记棋盘格、AprilGrid）：角点对应板面上的一个几何点，经过透视投影后仍是同一个点，因此不存在透视引起的系统偏差；对称的光学模糊也基本不改变鞍点的位置。不足之处是定位只用到角点附近的一小块区域，噪声大或严重离焦时，稳定性会下降。
• 圆点：圆心由整圈边缘共同决定，利用的像素多，对噪声更不敏感。但圆经透视投影后成为椭圆，椭圆的中心并不是圆心的投影。圆越大、倾斜越大，偏差越明显，镜头畸变还会加剧这一偏差。控制圆的成像尺寸、限制倾斜角，或使用能补偿该偏差的算法，可以减轻影响。

在常规机器视觉条件下，选择更多取决于遮挡、方向和软件生态，而不是单纯比较“谁更准”。

方向唯一性什么时候重要？

单相机标定内参时，每张图里点的编号只要自洽即可：从另一个角开始编号，相当于换了一个板坐标系，解出的内参不变。

但凡涉及“板在哪里”的任务就不同了：

• 双目和多相机：各相机必须对同一个物理角点给出相同编号，否则求出的相对位姿会差一个 180° 旋转，或者优化根本无法收敛；
• 手眼标定：每张图中板的位姿必须按同一个板坐标系定义；
• 用标定板定义工件坐标系或世界坐标系：原点必须固定在板上的同一位置。

ChArUco、AprilGrid、带标记棋盘格和奇数行非对称圆点都能唯一确定方向。如果只能用普通棋盘格，至少选择行列方格数奇偶不同的板，并确认所用软件确实利用了这一点。

不同场景怎么选？

常见的选型失误

• 用行列奇偶相同的棋盘格做双目标定：两台相机的角点编号可能相反，外参出现 180° 翻转。这类问题有时只在部分图像中出现，更难排查。
• 非对称圆点用了偶数行：看上去是“非对称”，实际旋转 180° 后与自身重合，方向仍然有歧义。
• ChArUco 参数与软件设置不符：字典选错、方格数横纵颠倒、标记边长填成方格边长、新旧排布规则不一致，常见表现是“能检测到标记，却得不到角点”，或者角点数量明显偏少。
• 标记太小：在最远、最倾斜的姿态下，ChArUco 或 AprilGrid 的编码位只有一两个像素，标记识别率骤降，部分可见的优势也就无从发挥。
• 大圆点配大倾角、近距离：透视偏差随圆的成像尺寸和倾角增大，精度要求高时尤其要注意。
• 图案与应用视场不匹配：板太小，单张图覆盖有限，需要拍很多图才能覆盖边角；板太大，整板可见类图案又很难拍到边缘。

选定图案后还要确定哪些参数？

• 尺寸：板的外形尺寸和方格（圆点、tag）大小，应按视场和分辨率计算，见标定板尺寸与方格尺寸怎么定。
• ChArUco 字典与标记比例：字典名称中的 4X4、5X5、6X6 表示标记的编码位数，后面的 50、100、250、1000 是字典容量，必须不少于板上的标记数。容量够用的前提下，位数少的字典每个编码位更大，低分辨率下更容易识别；位数多的字典码字之间差异更大，误识别更少。标记边长常取方格边长的 0.5–0.8 倍：比例大，编码位更大；比例过大，角点附近的白边太窄，可能干扰角点细化。
• AprilGrid 参数：tag 边长和间距比。间距比按 Kalibr 的定义为“tag 间隙 / tag 边长”，常用 0.3。
• 留白：棋盘格类图案四周要留有白边，检测器需要靠它把最外一圈黑格分割出来，不要把图案做到板的边缘。

想先打印出来试拍，可以用在线图案生成器生成与 BDB 标定板几何定义一致的图案文件。