下载文档原格式
摄像机标定方法摄像机标定是计算机视觉领域的一项重要任务，主要目的是确定摄像机的内外参数，以便将图像中的像素坐标转换为世界坐标。
摄像机标定有多种方法可供选择，其中包括使用标定物体、使用棋盘格、使用角点等。
下面将详细介绍其中的几种方法。
第一种方法是使用标定物体进行摄像机标定。
该方法需要摄像机拍摄带有已知尺寸的标定物体，例如固定尺寸的棋盘格或标尺。
通过测量图像中标定物体的像素坐标和已知尺寸，可以计算出摄像机的内外参数。
这个过程通常涉及到图像坐标和世界坐标的转换，以及通过最小二乘法进行参数求解。
第二种方法是使用棋盘格进行摄像机标定。
这种方法是比较常用且简单的一种标定方法。
首先，在摄像机拍摄的图像中绘制一个棋盘格，然后使用摄像机内参数和外参数将棋盘格的世界坐标与图像坐标建立对应关系。
通过采集多幅图像并测量每幅图像中的棋盘格角点的像素坐标，可以得到摄像机的内外参数。
这个过程通常使用角点检测算法来自动检测图像中的棋盘格角点。
第三种方法是使用角点进行摄像机标定。
这种方法也是比较常用的一种标定方法。
和使用棋盘格类似，该方法也是通过摄像机内参数和外参数将角点的世界坐标与图像坐标建立对应关系。
角点通常是由几条直线的交点或者是物体的尖锐边缘。
通过采集多幅图像并测量每幅图像中的角点的像素坐标，可以得到摄像机的内外参数。
这个过程通常也使用角点检测算法来自动检测图像中的角点。
除了上述几种常用方法，还有其他一些比较新颖的摄像机标定方法。
例如，基于模板匹配的方法可以在不需要标定物体的情况下估计摄像机的内外参数。
这种方法需要摄像机拍摄多幅图像，并在每幅图像中定位模板。
通过比较模板在不同图像中的位置，可以估计摄像机的内外参数。
此外，还有基于结构光的方法和基于手眼标定原理的方法等。
总之，摄像机标定是计算机视觉领域的一项重要任务，有多种不同的方法可供选择。
使用标定物体、棋盘格、角点等进行摄像机标定是常见的方法。
这些方法可以通过采集多幅图像并测量像素坐标，计算摄像机的内外参数。
摄像机标定的基本原理实现及性能分析_小论文1.采集标定图像：通过摄像机拍摄一系列已知的标定板图像，标定板上通常有明确的特征点或者标定物体，这些特征点被用来进行摄像机标定的计算。
2. 特征点提取：使用图像处理算法，如Harris角点检测或SIFT算法等，从标定图像中找到特征点，并提取其特征描述子。
3.特征点匹配：将标定板图像中的特征点与实际世界坐标点进行匹配，建立特征点之间的对应关系。
4.摄像机的内参数标定：通过已知的标定板图像和其对应的实际世界坐标点，利用摄像机模型的投影关系，计算出摄像机的内参数，包括焦距、主点和畸变参数等。
5.摄像机的外参数标定：利用摄像机的内参数和特征点的对应关系，通过最小化重投影误差的方法，估计出摄像机的外参数，包括旋转矩阵和平移矩阵。
6.误差评估：对标定结果进行误差评估和优化，例如通过重投影误差的计算和最小化、重复采样一致性算法（RANSAC）等方法，对标定的准确性进行验证和改进。
1.精度：即标定结果与实际情况之间的误差。
精度的评估通常通过计算摄像机内外参数的重投影误差来进行，重投影误差较小则说明标定结果较为准确。
2.稳定性：即标定结果对输入数据的变化的稳定性。
稳定性的评估可以通过在不同条件下进行多次标定实验，计算不同实验结果之间的差异之来进行。
3.鲁棒性：即标定方法对噪声和异常值的容忍能力。
鲁棒性的评估可以通过向标定图像中加入噪声或异常值，并观察标定结果的变化情况来进行。
4.计算效率：即标定过程所需的计算时间。
计算效率的评估可以通过记录标定过程的耗时来进行。
5.实际应用：即标定方法在实际应用中的可行性和有效性。
实际应用的评估可以通过将标定结果应用到三维重构、姿态估计等任务中，观察其效果和性能来进行。
总之，摄像机标定是计算机视觉领域中的一个重要研究课题，其基本原理是通过建立摄像机内外参数与实际世界坐标的对应关系，实现图像坐标与实际世界坐标之间的转换。
标定的实现包括采集标定图像、特征点提取与匹配、摄像机内外参数标定和误差评估等步骤。
单目相机高精度标定方法摘要：相机标定是计算机视觉中的一个重要环节，对于单目相机来说，其标定过程是获取相机的内部参数和外部参数的过程。
本文介绍了单目相机高精度标定方法的基本原理和具体步骤，并探讨了其中的一些关键技术和注意事项。
一、引言相机标定是计算机视觉中的关键问题之一，它是指通过对相机进行一系列的观测和计算，从而确定相机的内部参数和外部参数。
相机标定是计算机视觉中的基础工作，可以应用于三维重构、目标跟踪、姿态估计等领域。
二、相机标定的基本原理相机标定的基本原理是通过观测特定的标定板上的已知点或特征，利用数学模型将像素坐标与实际世界坐标进行对应。
标定板上的已知点可以是一些特殊的标记点，也可以是一些特征点，例如棋盘格。
通过观测这些已知点在图像中的投影位置，可以通过解方程组的方式求解相机的内部参数和外部参数。
三、单目相机高精度标定方法的步骤1. 准备标定板：选择适当的标定板，例如棋盘格，保证标定板上的特征点清晰可见。
2. 拍摄标定图像：将标定板放置在不同位置和角度下，使用单目相机拍摄一系列标定图像。
要求标定图像的分辨率和图像质量较高。
3. 提取特征点：对于每张标定图像，使用图像处理方法提取出标定板上的特征点，例如角点。
4. 估计初始参数：利用已知的标定板尺寸，结合特征点的像素坐标，通过最小二乘法估计出初始的相机内部参数和外部参数。
5. 优化参数：通过非线性优化算法，对相机内部参数和外部参数进行迭代优化，使标定结果更加精确。
6. 评估标定结果：使用标定结果对标定图像进行重投影，计算重投影误差，评估标定结果的精度。
四、关键技术和注意事项1. 标定图像的质量对标定结果有重要影响，要求标定图像的分辨率较高，图像清晰可见，避免图像模糊或过曝。
2. 标定板的选择也对标定结果有一定影响，一般选择具有规则几何结构的标定板，例如棋盘格。
3. 特征点的提取是标定过程中的关键步骤，可以使用图像处理算法进行特征点的自动提取，或者手动标注特征点。
一种相机标定方法
相机标定是指根据摄影机的内部和外部参数，确定摄影机所拍摄物体的三维坐标与图像上的二维坐标之间的准确关系。
一种常见的相机标定方法是使用相机标定板。
相机标定板是一个具有已知尺寸和模式的平面板，通常是由方形或圆形的黑白格子组成。
标定板应该放置在静止的平面上，并且位于摄像机的整个视场中。
以下是一种相机标定的步骤：
1. 摄像机采集图像：在标定板上采集多张图像。
这些图像应该涵盖摄像机可能使用的不同位置和角度。
2. 提取标定板角点：利用图像处理技术，如角点检测算法，从图像中提取标定板的角点。
角点是标定板格子交叉点的位置。
3. 标定板角点的三维坐标：通过测量标定板的实际尺寸，可以确定标定板角点的三维坐标。
4. 相机参数估计：使用相机模型和标定板角点的二维-三维对应关系，通过最小化重投影误差的优化算法，估计出相机的内部参数（如焦距、主点位置）和外部参数（如旋转和平移矩阵）。
5. 校正和验证：根据估计出的相机参数，对标定板图像进行校正，使得图像中的物体位置和标定板上的物体位置能够精确对应。
通过检查校正结果的准确性和稳定性，可以验证相机标定的质量。
相机标定方法可以根据具体的应用和需求进行调整和改进，但以上步骤是一个基本的相机标定流程。
摄像机标定在图像测量过程以及机器视觉应用中，常常会涉及到这样一个概念，那就是利用摄像机所拍摄到的图像来还原空间中的物体。
在这里，不妨假设摄像机所拍摄到的图像与三维空间中的物体之间存在以下一种简单的线性关系：[像]＝M[物]这里，矩阵M可以看成是摄像机成像的几何模型。
M中的参数就是摄像机参数。
通常，这些参数是要通过实验与计算来得到的。
这个求解参数的过程就称为摄像机标定。
机器视觉标定板说明MV-SB型MV-SB机器视觉标定板说明●特征圆成陈列分布，间距30mm、板子尺寸：300X300mm。
● 4个大圆为标志圆，大圆环标志确定方向。
●用特征圆的圆心坐标进行标定。
●特征圆的圆心坐标提取方法：获得4个标志圆坐标，利用仿射变换将特征圆的坐标调正，然后对其进行排序，确定相应特征圆图像坐标。
●采用铝合金材料。
一、概述计算机视觉的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体，而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数。
在大多数条件下，这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程被称为摄像机定标(或称为标定)。
标定过程就是确定摄像机的几何和光学参数，摄像机相对于世界坐标系的方位。
标定精度的大小，直接影响着计算机视觉（机器视觉）的精度。
迄今为止，对于摄像机标定问题已提出了很多方法，摄像机标定的理论问题已得到较好的解决，对摄像机标定的研究来说，当前的研究工作应该集中在如何针对具体的实际应用问题，采用特定的简便、实用、快速、准确的标定方法。
二、摄像机标定分类1 根据是否需要标定参照物来看，可分为传统的摄像机标定方法和摄像机自标定方法。
传统的摄像机标定是在一定的摄像机模型下，基于特定的实验条件，如形状、尺寸已知的标定物，经过对其进行图像处理，利用一系列数学变换和计算方法，求取摄像机模型的内部参数和外部参数（分为最优化算法的标定方法、利用摄像机透视变换矩阵的标定方法、进一步考虑畸变补偿的两步法和采用更为合理的摄像机模型的双平面标定法）；不依赖于标定参照物的摄像机标定方法，仅利用摄像机在运动过程中周围环境的图像与图像之间的对应关系对摄像机进行的标定称为摄像机自标定方法，它又分为：基于自动视觉的摄像机自标定技术（基于平移运动的自标定技术和基于旋转运动的自标定技术）、利用本质矩阵和基本矩阵的自标定技术、利用多幅图像之间的直线对应关系的摄像机自标定方以及利用灭点和通过弱透视投影或平行透视投影进行摄像机标定等。
相机标定算法摄像机标定是用来计算摄像机的运动参数的重要步骤，它可以把摄像机的物理坐标系与图像坐标系（像素坐标系）相关联。
与处理传统图像不同，机器视觉要处理数字信号，因此摄像机标定是机器视觉系统中一个非常重要的环节。
本文介绍了摄像机标定的原理、方法和结果分析，并介绍了常用的摄像机标定算法及其特点，以便于更多的应用。
一、摄像机标定的原理摄像机标定是一种从照片中识别物体坐标系的方法，它的原理是基于三角测量算法，需要在机器视觉系统中提前定义了实物内部的若干个特征点，根据这些临时点的位置，就可以计算出摄像机坐标系和图像坐标系之间的关系，从而实现机器视觉系统的精确测量。
二、摄像机标定的方法摄像机标定有多种方法，一般来说，采用的方法有极小二乘法（least squares）、基于模板的方法、单应矩阵，以及深度学习法等。
1.极小二乘法（least squares）极小二乘法是用来计算实物在摄像机空间中坐标系下的坐标，它可以通过计算实物上光学特征点在摄像机坐标系下的坐标与摄像机图像上由特征点检测得到的坐标之间的差值来实现标定，从而给出摄像机的参数。
2.基于模板的方法基于模板的方法也叫多视场校正，是最常见的摄像机标定方法之一，它的原理是将位置处于固定的模板特征点投射到摄像机图像坐标系中，并结合摄像机图像坐标系中的特征点来求解摄像机的参数。
由于模板的临时点可以很容易被识别，该方法简单快捷，是机器视觉系统中常用的标定方法。
3.单应矩阵单应矩阵法是比较常用的摄像机标定算法之一，它使用了两个平面上的点对来对摄像机运动进行标定，它可以将视场中的三维空间投射到图像平面形成新的图像，从而得到摄像机运动参数及内参。
4.深度学习法深度学习法是近几年新兴的技术，它也可用于摄像机标定。
该方法主要是使用深度学习网络来识别图像中的特征点，再针对特征点及其相对位置关系来对摄像机运动参数进行标定。
优点是数据量不大，标定效果较好，但由于目前深度学习技术尚不成熟，其计算速度和准确度仍是技术上的瓶颈。
摄像机标定方法及原理摄像机内参数标定方法及原理：1.赋参法：a.使用透镜测量摄像机的焦距，根据透镜公式可求解出摄像机的内参数，如焦距、主点坐标等。
b.使用标准栅格或尺子等物体在距离摄像机一定位置处摆放，通过测量图像上物体的特征点的像素坐标和实际物体的尺寸，对内参数进行估计。
2.视差法：a.使用双目立体视觉系统，通过数学推导得到根据视差计算焦距和主点坐标的公式，从而标定摄像机的内参数。
b.具体操作时，将一张标定板放在双目系统的不同位置处，通过左右摄像机拍摄到的标定板图像，计算出两个图像的视差，进而估计出焦距和主点的坐标。
摄像机外参数标定方法及原理：1.立体视觉法：a.使用双目立体视觉系统，通过测量双目在空间中的位置关系，从而确定摄像机的外参数（即相对于参考坐标系的位置和姿态）。
b.一般情况下，通过观察物体在空间中的三维坐标和其在两个图像上的对应点的像素坐标，可以计算出外参数。
2.惯性传感器法：a.使用惯性传感器等设备，通过测量摄像机在三维空间中的加速度和角速度等信息，可以估计出摄像机的运动轨迹和姿态。
b.参考标定板等物体，在摄像机的运动过程中进行拍摄，根据拍摄到的图像和传感器测量的信息，计算出摄像机的外参数。
摄像机校正方法及原理：1.畸变校正法：a.摄像机的透镜会引入径向畸变和切向畸变，通过收集一组由标定板拍摄得到的图像，并对图像进行处理，去除畸变。
b.基于非线性最小二乘法，对摄像机内参数和畸变系数进行优化，得到校正后的摄像机参数。
2.摄像机自标定法：a.在摄像机运动过程中，摄像机捕捉到的图像中存在物体之间的三维关系，可以通过计算这些三维关系得到摄像机的内外参数。
b.根据三维重建的准确性和稳定性的要求，通过最小二乘法等算法，对摄像机内外参数进行优化。
摄像机标定的原理主要是通过数学模型和图像处理算法对摄像机的成像过程进行建模和估计。
通过收集一系列由标定板或其他具有已知形状和尺寸的物体拍摄得到的图像，分析图像上的特征点和相应的三维物体的几何关系，可以获得摄像机的内外参数。
相机标定拍摄方法相机标定是计算机视觉中的重要任务，它主要是通过确定相机的内部参数和外部参数来将图像中的物体从二维图像坐标变换到三维世界坐标，从而实现对物体的精确测量和三维重构。
相机标定的关键是通过拍摄特定的标定板或者标定物体来获取一组已知的图像特征点，并利用这些特征点进行参数估计。
以下是一种常见的相机标定拍摄方法，包括准备工作、标定板的选择、图像采集、特征提取和参数估计等步骤。
准备工作：1.确保相机处于稳定的状态，并解除相机上的自动设置，如自动对焦、自动曝光和自动白平衡等。
2.准备一个标定板或者标定物体，要求表面上具有明显的特征，如棋盘格、圆点阵列或灰度平面等。
3. 安装相机标定软件或库，如OpenCV，以便进行后续图像处理和参数估计。
标定板的选择：1.标定板的尺寸应该足够大，以填满相机视野中的大部分区域。
2.标定板的形状和特征应该容易检测和提取。
3.标定板的材质和颜色应该与实际应用场景保持一致，以确保标定结果在实际应用中的准确性。
图像采集：1.将标定板放置在相机视野内，确保标定板平面与相机成像平面平行。
2.对相机进行适当的调整，以使标定板的特征点在图像中呈现出良好的分辨率和对比度。
3.拍摄一系列包含标定板的图像，尽量覆盖不同的角度、距离和姿态。
特征提取：1.对于棋盘格标定板，利用图像处理算法提取棋盘格角点，得到图像中的特征点坐标。
2.对于其他类型的标定板，如圆点阵列或灰度平面，同样利用图像处理算法提取特征点坐标。
参数估计：1.利用提取到的图像特征点坐标和已知的标定板或物体的实际尺寸，进行相机内部参数的估计，如焦距、畸变系数和主点偏移等。
2.利用估计的相机内部参数和图像特征点坐标，进行相机的外部参数估计，如相机位置和姿态。
相机标定的最终目标是得到精确的相机内外参数，以便在应用中实现准确的物体测量和三维重构。
标定结果可以用于矫正图像畸变、进行物体测量和姿态估计等任务。
需要注意的是，相机标定过程中的数据采集和图像处理需要一定的专业知识和经验。
第35卷第4期 光电工程V ol.35, No.4 2008年4月Opto-Electronic Engineering April, 2008文章编号：1003-501X(2008)04-0058-063D测量系统中的高精度摄像机标定算法李中伟，王从军，史玉升( 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 430074 )摘要：本文在分析完整的摄像机镜头畸变模型的基础上，提出了一种新的标定算法。
该算法包括三个步骤，首先在不考虑镜头畸变的情况下利用标定块上的中间若干个点，采用线性优化方法求出除畸变系数以外的其他外部参数和主要的内部参数；然后固定上述已求得的参数，利用线性优化方法求解畸变系数；最后对所有内部参数和外部参数进行全局非线性优化。
最后对本文的标定算法进行了标定实验，实验结果表明，本文算法的标定精度可以达到0.0367 mm，可以满足高精度三维测量及其他应用的要求。
关键词：计算机视觉；摄像机标定；非线性优化中图分类号：TB877 文献标志码：AHigh Precision Camera Calibration Algorithmfor 3D Measurement SystemLI Zhong-wei，WANG Cong-jun，SHI Yu-sheng( State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology,Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China )Abstract: On the basis of analyzing complete camera distortion model, a new calibration algorithm is proposed. The new algorithm consists of three steps. In the first step, the calibration parameters are estimated using a close-form solution based on a distortion-free camera model. In the second step, estimating the set of distortion parameters with the other parameters fixed. In the third step, the parameters estimated in the first step are improved iteratively through a nonlinear optimization, and makes all the parameters globalization. Very good results are obtained with real data calibration. The results show the precision of the new proposed method is up to 0.0367 mm, which meets the requirements of high precision 3D measurement and other application.Key words: computer vision; camera calibration; nonlinear optimization1 引 言数字摄像机是计算机视觉系统获得图像信息的主要工具。
