一种高精度特征点检测和相机标定方法
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9点标定算法(实用版)目录1.9 点标定算法的概述2.9 点标定算法的原理3.9 点标定算法的实际应用4.9 点标定算法的优缺点正文一、9 点标定算法的概述9 点标定算法,又称九点标定法,是一种广泛应用于相机姿态估计和机器人视觉领域的算法。
该算法通过在空间中选取 9 个特征点,对相机的内部参数和外部参数进行估计,进而计算出相机的姿态。
9 点标定算法具有计算简单、精度较高的优点,是计算机视觉和机器人领域中的重要研究内容。
二、9 点标定算法的原理9 点标定算法的原理可以概括为以下几个步骤:1.选取特征点:在空间中选取 9 个具有明显特征的点,这 9 个点应该具有较好的空间分布,以便于准确估计相机的姿态。
2.构建标定矩阵:根据选取的 9 个特征点,构建一个 9x3 的标定矩阵。
标定矩阵是一个非奇异矩阵,它包含了相机的内部参数(如焦距、主点坐标等)和外部参数(如旋转和平移矩阵)。
3.计算标定矩阵:通过在图像中寻找特征点对应的像素坐标,将像素坐标与实际世界坐标进行比较,可以得到一个包含 9 个方程的线性方程组。
解这个线性方程组,就可以得到标定矩阵。
4.求解相机姿态:根据标定矩阵,可以计算出相机的姿态,即旋转矩阵和平移矩阵。
这样就完成了相机姿态的估计。
三、9 点标定算法的实际应用9 点标定算法在实际应用中具有广泛的应用价值,主要包括:1.机器人视觉:在机器人导航和控制领域,通过使用 9 点标定算法,可以准确估计相机的姿态,进而提高机器人的定位和导航精度。
2.计算机视觉:在计算机视觉领域,9 点标定算法可以用于图像处理、目标检测和跟踪等任务,提高图像处理的准确性和可靠性。
3.虚拟现实:在虚拟现实领域,9 点标定算法可以用于精确地再现真实场景,提高用户的沉浸感。
四、9 点标定算法的优缺点9 点标定算法具有以下优缺点:优点:1.计算简单:9 点标定算法的计算过程较为简单,可以快速得到相机的姿态估计结果。
2.精度较高:在选取特征点时,只要特征点选取得当,9 点标定算法的精度可以达到较高的水平。
《基于棋盘格和圆标定物的双目相机标定方法研究》篇一一、引言在三维重建、机器视觉、立体测量等领域中,双目立体视觉技术具有重要地位。
而为了获得高精度的双目视觉系统,准确的相机标定是必不可少的步骤。
本文旨在研究基于棋盘格和圆标定物的双目相机标定方法,通过分析棋盘格和圆标定物的特点,结合双目相机的成像原理,提出一种高效、准确的标定方法。
二、相关技术背景2.1 棋盘格标定法棋盘格标定法是计算机视觉中常用的一种相机标定方法。
该方法通过拍摄包含棋盘格的图像,并检测棋盘格的角点位置来获得相机的内参和外参。
由于棋盘格具有明显的特征点,易于被检测和定位,因此该方法具有较高的精度和稳定性。
2.2 圆标定物法圆标定物法是一种基于圆特征的相机标定方法。
该方法通过拍摄包含圆标定物的图像,并检测出圆心位置来获得相机的参数。
与棋盘格相比,圆标定物具有更好的旋转不变性和尺度不变性,能够更好地适应不同的拍摄环境和角度。
三、基于棋盘格和圆标定物的双目相机标定方法3.1 棋盘格与圆标定物的结合本文将棋盘格和圆标定物相结合,提出一种新的双目相机标定方法。
该方法首先利用棋盘格标定法获取相机的初始参数,然后通过拍摄包含圆标定物的图像,利用圆心位置对相机参数进行进一步优化。
3.2 标定过程(1)准备阶段:制作棋盘格和圆标定物,并将其放置在双目相机的视野范围内。
(2)拍摄阶段:分别拍摄包含棋盘格和圆标定物的图像,并确保图像清晰、无畸变。
(3)角点与圆心检测:利用计算机视觉算法检测棋盘格的角点位置和圆标定物的圆心位置。
(4)参数估计:根据检测到的角点和圆心位置,利用相机成像原理和双目立体视觉技术,估计相机的内外参数。
(5)参数优化:利用非线性优化算法对相机参数进行优化,以提高标定的精度和稳定性。
四、实验与分析为了验证本文提出的基于棋盘格和圆标定物的双目相机标定方法的可行性和有效性,我们进行了大量的实验和分析。
实验结果表明,该方法能够有效地提高双目视觉系统的精度和稳定性,具有较高的实用价值。
文献综述前言近年来,除测绘领域之外,其他行业如机械制造、建筑、医学等,对近景摄影测量技术的需求也越来越大,传统的量测相机显然已经无法满足其要求,而越来越普及的非量测相机正好可以填补这个空缺,利用非量测相机进行摄影测量具有非常远大的应用前景。
非量测相机在影像获取方面具有使用简单方便、价格合理,作业效率高、适应性强等优点,但是非量测相机的主距f和像主点在像平面坐标系中的坐标(x0,y0)都是未知的,并且非量测相机存在较大的镜头畸变,因此必须先对其进行检校,然后才能进行后续的像点量测和数据处理。
所谓的相机检校是指借助于像平面上一些点在物方坐标系中的坐标,确定照相机的内、外参数,得到有效的成像模型,以达到在像平面上像素点与三维空间中的点之间建立映射的目的。
广义上讲,近景摄影机检校的内容包括:1.主点位置(x0,y0)与主距(f)的测定;2.光学畸变系数的测定;3.压平装置以及像框坐标系的设定;4.调焦后主距变化的测定与设定;5.调焦后畸变差变化的测定;6.摄影机偏心常数的测定;7.立体摄影机(及立体视觉系统)内方位元素与外方位元素的测定;8.多台摄影机同步精度的测定。
对于一般相机检校任务,我们主要测定相机的内方位元素(x0,y0,f)和镜头畸变差参数(k1,k2,p1,p2),其主要的检校方法大体可以分为:光学实验室检校(Optical Laboratory Calibration)法;实验场检校(Test Range Calibration)法;作业检校(On the Job Calibration)法;自检校(Self Calibration)法;恒星检校(Stellar Calibration)法。
其中,适用于非量测相机检校的作业检校法是一种在完成某个近景测量任务中同时对相机进行检校的方法。
此方法依据物方空间分布合理的一群高质量控制点,在解求待定点物方空间坐标的任务中,同时解求像片内外方位元素、物镜畸变系数。
相机标定方法 matlab相机标定是计算机视觉中的重要部分之一,它是通过测量图像上的物体点和其在相机坐标系下对应的点坐标,来估算相机内部参数和外部参数的过程。
相机内部参数通常包括焦距、主点位置和畸变参数等,它们决定了图像中的物体大小和位置。
相机外部参数包括相机的旋转和平移参数,它们决定了物体在相机坐标系下的坐标。
在 MATLAB 中,相机标定是通过图像处理工具箱中的“camera calibration”函数实现的。
在执行相机标定之前,需要准备一组称为标定板的物体,并在不同位置和姿态下拍摄多个图像。
标定板可以是长方形或正方形的棋盘格,也可以是自定义形状的物体,但是必须有已知的三维坐标和相应的二维坐标对。
以下是一个基本的相机标定流程,详细介绍了如何使用 MATLAB 实现相机标定。
1. 准备标定板需要准备一个标定板。
标定板可以是一个黑白棋盘格或自定义形状的物体。
在这里,我们将使用一个 9x7 的黑白棋盘格。
2. 采集标定图像接下来,需要拍摄多个标定图像,并记录标定板在每个图像中的位置和姿态。
对于每个图像,需要至少拍摄 10 张,以确保图像的质量和特征的稳定性。
可以使用不同的相机设置,例如不同的焦距、光圈和曝光时间等,来捕捉标定板的不同姿态。
3. 读取图像和标定板角点在 MATLAB 中,可以使用“imageDatastore”函数读取标定图像并创建一个图像数据存储对象。
接下来,可以使用“detectCheckerboardPoints”函数来检测标定板上的角点。
这个函数会返回一个 Nx2 的矩阵,其中 N 是标定板上检测到的角点数。
4. 定义标定板上角点的空间坐标现在需要定义标定板上角点的空间坐标。
这些坐标可以使用“generateCheckerboardPoints”函数自动生成。
该函数会返回一个 Nx3 的矩阵,其中N 是标定板上的角点数,每一行代表一个角点的空间坐标。
5. 进行相机标定用于相机标定的主要函数是“cameraCalibration”函数。
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摄像机标定方法与精度评估的对比回顾摘要相机标定对于进一步的度量场景测量来说是一个关键性的问题。
很多有关标定的技术和研究在过去的几年中相继出现。
然而,深入探究一种确定的标定方法的细节,并与其它方法进行精度比较仍是不易的。
这种困难主要表现在缺少标准化和各种精度评估方法的选择上。
本文给出一个详细的回顾关于一些最常用的标定技术,文中,这些标定方法都采用相同的标准。
此外,文中涉及的方法已经过测试,精确度也经过测定。
比较结果和后续的讨论也在文中给出。
此外,代码和结果在网上也可以找到。
2002模式识别学会,发布由Elsevier science,保留所有权利。
关键词:相机标定镜头畸变参数估计优化相机建模精度评估3D 重建计算机视觉1、介绍相机标定是计算机视觉计算的第一步。
虽然可以通过使用非标定相机获取一些有关测量场景的信息,但是,当需要度量信息时标定是必须的。
精确校准相机的使用使从平面投影图像中测量物体在真实世界中的距离成为可能。
这种功能的一些应用包括:1、致密重建:每个像点确定一条光射线通过相机对场景的焦点。
这种使用多个视角观察静止场景(来自一个立体系统,或者单个移动相机,或者一个结构光发射器)允许两条交叉的光线得到度量的3D点位置。
显然,相应的问题被提前解决了。
2、外观检验:一旦被测目标的致密重建被获得,被重建的目标可以与已存储的目标比较来检测任何制造缺陷如凸起、凹陷或裂纹。
一个潜在应用是外观检验用来质量控制。
计算机处理的外观检查允许自动化和彻底化检查物体,与缓慢的暗含一种数据统计方法的人工检查截然相反。
3、目标定位:当考虑来自不同对象的各种图像点时,这些对象的相对位置可以被轻易确定。
这个有许多可能的应用,尤其是工业零件装配和机器人导航中的障碍回避。
4、相机定位:当相机固定在机械臂或者移动机器人上,相机的位置和相角可以通过计算场景中已知标志的位置获得。
如果这些测量值提前存储,一个短暂的分析可以帮助处理器计算出机器人的轨迹。
DLT相机标定误差合理范围1. 引言相机标定是计算机视觉和图像处理领域中非常重要的一个步骤,它用于确定相机内部参数和外部参数,从而实现图像的几何校正、三维重建等应用。
在进行相机标定时,我们需要考虑误差的合理范围,以保证标定结果的可靠性和准确性。
本文将介绍DLT(Direct Linear Transform)相机标定方法及其误差分析,探讨DLT相机标定误差的合理范围。
2. DLT相机标定方法DLT是一种基于线性代数的相机标定方法,它通过建立图像坐标与物体坐标之间的投影关系来求解相机参数。
DLT相机标定方法主要包括以下步骤:2.1 物体坐标系与图像坐标系在进行DLT相机标定前,需要定义物体坐标系和图像坐标系。
物体坐标系是指实际世界中物体的三维坐标系统,通常以某个参考点为原点建立。
而图像坐标系是指摄像头成像后在二维平面上得到的图像坐标系统。
2.2 标定板的选择与准备DLT相机标定通常需要使用一个特殊的标定板,如棋盘格。
标定板上具有已知的特征点,可以通过这些特征点来计算相机参数。
在准备标定板时,需要保证标定板在不同姿态下具有足够多的特征点,以提高标定精度。
2.3 图像采集使用已经确定好参数的相机对标定板进行拍摄,获取一组图像。
为了提高标定精度,在拍摄过程中应该保证标定板在图像中具有较大的尺寸,并且覆盖整个图像区域。
2.4 特征点提取与匹配对于每张图像,需要从中提取出标定板上的特征点,并将其与物体坐标系中的对应点进行匹配。
特征点可以通过角点检测算法(如Harris角点检测)来提取。
2.5 DLT求解相机参数通过已匹配的特征点对,可以建立图像坐标与物体坐标之间的投影关系。
DLT方法利用这些投影关系建立一个线性方程组,并通过最小二乘法求解得到相机内部参数和外部参数。
3. DLT相机标定误差分析在DLT相机标定过程中,由于各种因素的影响,会产生一定的误差。
这些误差主要包括以下几个方面:3.1 特征点提取误差特征点提取是DLT相机标定的一个重要步骤,而特征点提取的精度会直接影响到标定结果的准确性。
相机内参标定原理相机内参是指相机的内部参数,包括焦距、主点、畸变等,这些参数对于相机的成像质量和精度有着至关重要的作用。
相机内参标定是指通过一系列的计算方法和实验手段,来确定相机的内部参数,从而提高相机的成像质量和精度。
本文将详细介绍相机内参标定的原理和方法。
一、相机内参的概念和意义相机内参是指相机的内部参数,包括焦距、主点、畸变等。
其中,焦距是指相机的镜头焦距,主点是指相机的成像平面上的中心点,畸变是指因为相机光学系统的设计或制造差异而导致的成像失真。
这些参数对于相机的成像质量和精度有着至关重要的作用。
对于焦距来说,它决定了相机成像的清晰度和清晰度范围。
焦距越大,成像的清晰度越高;焦距越小,成像的清晰度范围越广。
对于主点来说,它决定了相机成像的中心位置和视角。
主点越靠近成像平面的中心,成像的视角越小,反之则越大。
对于畸变来说,它会导致成像的失真,从而影响成像的质量和精度。
因此,相机内参的标定对于相机的成像质量和精度有着至关重要的作用。
只有通过准确的相机内参标定,才能确保相机成像的清晰度、准确度和稳定性。
二、相机内参标定的原理相机内参标定的原理是基于相机成像的几何模型,在这个模型中,相机的成像过程可以被描述为从三维空间中的点到二维成像平面上的点的映射。
这个映射关系可以用相机内参矩阵和外参矩阵来表示。
相机内参矩阵包括焦距、主点和像素大小等参数,它描述了从相机坐标系到像素坐标系的变换关系。
外参矩阵包括相机的位置和姿态等参数,它描述了从世界坐标系到相机坐标系的变换关系。
通过这两个矩阵的组合,可以将三维空间中的点映射到成像平面上的点。
相机内参标定的过程就是通过一系列的计算方法和实验手段,来确定相机内参矩阵和外参矩阵的值。
其中,相机内参矩阵可以通过相机镜头的参数和像素大小来计算,外参矩阵可以通过相机位置和姿态的测量来计算。
在实际的相机内参标定过程中,通常会采用棋盘格标定法或者多视角标定法来进行。
棋盘格标定法是通过在棋盘格上放置一些特征点,然后通过相机拍摄这些特征点的图像,来计算相机内参和外参的值。
halcon自标定方法Halcon自标定方法Halcon是一种常用的机器视觉软件,用于开发和实现各种图像处理和机器视觉应用。
在机器视觉领域,相机的标定是非常重要的一步,它能够精确地确定相机的内部参数和外部参数,从而提高图像处理的精度和准确性。
Halcon提供了自标定方法,使相机的标定过程更加简便和高效。
自标定方法基于相机的特征点,通过在图像中检测和匹配特征点来确定相机的内部参数和外部参数。
下面将详细介绍Halcon的自标定方法。
1. 特征点提取在自标定过程中,首先需要从图像中提取特征点。
Halcon提供了多种特征点提取算法,如Harris角点检测、SIFT算法等。
根据实际应用场景的需求,选择合适的算法进行特征点提取。
2. 特征点匹配特征点提取后,需要进行特征点的匹配。
Halcon提供了多种特征点匹配算法,如基于描述子的匹配算法、基于相似性变换的匹配算法等。
通过计算特征点之间的相似性,确定它们之间的对应关系。
3. 相机标定特征点匹配完成后,即可进行相机的标定。
Halcon提供了基于特征点的标定方法,通过求解相机的内部参数和外部参数,得到相机的准确标定结果。
标定过程中需要提供已知的标定板,通过测量标定板上的特征点坐标和图像中对应特征点的像素坐标,计算相机的内部参数和外部参数。
4. 标定结果评估标定过程完成后,需要对标定结果进行评估。
Halcon提供了多种评估方法,如重投影误差、畸变系数等。
通过对比实际观测值和标定结果的差异,评估标定的准确性和精度。
5. 标定结果应用标定结果可以应用于各种机器视觉应用中,如图像校正、目标检测和跟踪等。
通过应用标定结果,可以提高图像处理和机器视觉算法的准确性和稳定性。
总结:Halcon的自标定方法是一种简便高效的相机标定方法,通过特征点提取和匹配,求解相机的内部参数和外部参数,从而实现对相机的准确标定。
标定结果可以应用于各种机器视觉应用中,提高图像处理和算法的准确性和稳定性。
9点标定算法摘要:一、引言二、9 点标定算法的概念和原理1.相机标定的背景和意义2.9 点标定算法的原理和流程三、9 点标定算法的方法和步骤1.选择标定物体2.设计标定棋盘格3.拍摄标定图像4.提取图像特征点5.匹配两幅图像中的特征点6.计算单应性矩阵7.求解相机的内部和外部参数四、9 点标定算法的优缺点分析1.优点1.精度高2.计算效率高3.对环境光照影响较小2.缺点1.对棋盘格的设计要求较高2.需要高质量的图像五、9 点标定算法在计算机视觉领域的应用1.三维重建2.机器人视觉3.自动驾驶六、总结正文:一、引言随着计算机视觉技术的快速发展,图像处理和分析在各个领域得到了广泛应用。
为了使计算机能够更好地理解图像,需要对图像进行准确的校准,即确定相机的内部和外部参数。
9 点标定算法是一种常用的相机标定方法,具有较高的精度和计算效率。
本文将对9 点标定算法进行详细介绍和分析。
二、9 点标定算法的概念和原理相机标定是计算机视觉领域中的一个重要环节,其目的是确定相机的内部和外部参数,使图像能够准确地转换为现实世界的坐标系。
9 点标定算法是一种基于棋盘格特征点的标定方法,其基本原理是通过拍摄包含已知特征点的图像,利用图像中的特征点匹配和单应性矩阵求解相机的内部和外部参数。
三、9 点标定算法的方法和步骤9 点标定算法主要包括以下步骤:1.选择标定物体:通常选择具有较高对比度和清晰度的棋盘格作为标定物体。
2.设计标定棋盘格:根据相机的视场角和分辨率设计合适的棋盘格尺寸和位置。
3.拍摄标定图像:在不同的角度和距离下拍摄多幅包含棋盘格的图像。
4.提取图像特征点:使用特征检测算法(如SIFT、SURF)提取图像中的特征点。
5.匹配两幅图像中的特征点:利用特征点匹配算法(如暴力匹配、FLANN)找到两幅图像中的对应特征点。
6.计算单应性矩阵:根据匹配的特征点计算单应性矩阵,描述两幅图像之间的几何变换关系。
7.求解相机的内部和外部参数:利用单应性矩阵和标定物体已知的三维坐标求解相机的内部和外部参数。
两个相机之间的标定
相机标定是指确定相机内外参数的过程。
相机的内参数包括焦距、主点、相机畸变等,外参数包括相机的位置和朝向。
在进行相机标定之前,首先需要准备一个标定板,该标定板上有已知世界坐标的特征点,可以是一个二维平面图案。
标定的步骤如下:
1. 摆放标定板:将标定板放置在摄像机观察范围内的不同位置和角度,确保标定板上的特征点被摄像机观测到。
2. 检测特征点:使用相机采集图像,并使用计算机视觉算法检测标定板上的特征点。
3. 提取特征点:对于每个图像中检测到的特征点,将其与对应的已知世界坐标关联起来。
4. 求解相机内外参数:使用标定板上的已知世界坐标和对应的图像坐标,通过相机标定算法求解相机的内外参数。
5. 验证标定结果:使用求解得到的相机内外参数重投影标定板上的特征点,并与实际图像中检测到的特征点进行比较,评估标定结果的准确性。
通过以上步骤,可以完成两个相机之间的标定,即求解两个相机的内外参数,用来进行后续的双目视觉任务,例如深度估计、立体匹配等。
摄像头相对地面的标定-概述说明以及解释1.引言1.1 概述摄像头相对地面的标定在计算机视觉和图像处理领域中起着重要作用。
通过准确标定摄像头的参数,可以实现对图像或视频中物体的准确测量和识别,从而提高图像处理的准确性和效率。
本文将介绍摄像头标定的意义、标定的方法和在实际应用中的重要性,旨在帮助读者更好地理解和应用摄像头标定技术。
1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分概述了摄像头相对地面的标定的背景和意义,介绍了本文的目的和结构。
正文部分主要包括背景介绍、摄像头标定的意义和相机标定的方法三个小节。
背景介绍部分将会详细介绍摄像头相对地面标定的相关背景知识,包括摄像头的应用领域和标定的重要性等。
摄像头标定的意义部分将会探讨为什么需要进行摄像头相对地面的标定,以及标定的目的和意义。
相机标定的方法部分将会介绍一些常用的相机标定方法,包括内参数标定和外参数标定等。
具体分别介绍它们的原理、步骤和实施过程等。
结论部分包括总结、结果分析和研究展望三个小节。
总结部分将对整篇文章进行简要总结,概括摄像头相对地面的标定的主要内容和收获。
结果分析部分将对本文的研究结果进行详细分析,探讨标定结果的准确性和可行性等。
研究展望部分将对未来研究方向进行展望,提出进一步深入研究的问题和可能的解决方案。
通过以上结构的安排,本文将全面、系统地介绍摄像头相对地面的标定的背景、意义和方法,以及对研究结果进行分析和展望。
希望读者能够从中获得有关摄像头标定的相关知识和启发,并进一步推动相关研究的发展。
1.3 目的本文的目的是探讨摄像头相对地面的标定方法及其在实际应用中的意义。
通过对摄像头的标定,我们可以获得摄像头与地面之间的准确相对位置关系,从而实现精确的距离测量、姿态估计等功能。
摄像头的标定是摄影测量领域的一个重要研究方向,具有广泛的应用前景。
首先,本文将介绍摄像头标定的背景和意义。
随着现代科技的发展,摄像头已成为我们生活中不可或缺的一部分,广泛应用于安防监控、智能交通、虚拟现实等领域。
摄像机标定中的相机内外参数求解方法摄像机标定是计算机视觉和图像处理领域中的重要问题之一。
它涉及到确定相机的内外参数,以便准确地将图像上的像素坐标转换为物理世界中的真实坐标。
相机内外参数的求解方法有多种,本文将介绍一些常用的方法和算法。
一、相机内参数求解方法相机内参数是指描述相机固有特性的参数,包括焦距、主点坐标和像素间距等。
求解相机内参数的方法主要包括棋盘格法和直接线性变换法。
1. 棋盘格法棋盘格法是一种简单而有效的相机标定方法。
它通过在摄像机视野内放置一个已知尺寸的棋盘格,并利用图像中棋盘格的角点位置与实际物理世界中棋盘格的角点位置之间的对应关系来求解相机的内参数。
具体步骤如下:1) 在摄像机视野内放置一个已知尺寸的棋盘格。
2) 使用相机拍摄多张包含棋盘格的图像。
3) 对每张图像进行角点检测,找到图像中棋盘格的角点。
4) 利用检测到的角点位置和实际物理世界中角点的位置之间的对应关系,使用最小二乘法求解相机的内参数。
2. 直接线性变换法直接线性变换法是另一种常用的相机内参数求解方法。
它通过拍摄多张图像,利用相机的投影模型和对应的图像点与物理世界点之间的对应关系,建立一个线性方程组,然后使用最小二乘法求解该线性方程组,得到相机的内参数。
具体步骤如下:1) 使用相机拍摄多张不同角度和姿态的图像。
2) 提取每张图像中的对应特征点,建立图像坐标与物理世界坐标之间的对应关系。
3) 根据相机的投影模型,将图像坐标转换为物理世界坐标。
4) 建立线性方程组,将物理世界坐标和相机的内参数之间的关系表示为一个线性方程组。
5) 使用最小二乘法求解该线性方程组,得到相机的内参数。
二、相机外参数求解方法相机外参数是指描述相机相对于世界坐标系的姿态和位置的参数,包括旋转矩阵和平移向量等。
求解相机外参数的方法主要包括直接线性变换法和非线性优化法。
1. 直接线性变换法直接线性变换法可以同时求解相机的内外参数。
它通过拍摄多张已知物理世界坐标和对应图像坐标的图像,利用相机的投影模型和对应的图像点与物理世界点之间的对应关系,建立一个线性方程组,然后使用最小二乘法求解该线性方程组,得到相机的内外参数。
张正友标定法张正友标定法(Zhang's calibration method)是一种常用的相机标定方法,用于确定相机的内参数和畸变参数。
该方法由中国科学院计算技术研究所的研究员张正友于1999年提出,成为了相机标定领域的经典算法之一。
张正友标定法基于相机的针孔模型,将相机的内参数(如焦距、主点坐标、畸变参数等)以及相机与世界坐标系之间的外参数(如旋转矩阵和平移矩阵)进行标定。
它需要使用一组二维的模板图像和对应的三维真实世界坐标,通过计算模板图像上的特征点和真实世界坐标系中的对应特征点之间的关系,最终得到相机的内外参数。
具体而言,张正友标定法的步骤如下:1.收集标定图像:选取至少一个已知的二维模板图像,并准备一个与模板图像对应的三维真实世界坐标系。
2.提取特征点:对于每个标定图像,使用特征点检测算法(如角点检测)提取图像上的特征点。
3.特征匹配和三维-二维关联:通过将提取的特征点与真实世界坐标系中的对应特征点相关联,建立二维和三维特征点的对应关系。
4.相机参数计算:使用最小二乘法或其他优化算法,根据特征点的对应关系计算相机的内参数(如焦距、主点坐标等)和外参数(旋转矩阵和平移矩阵)。
该计算过程需要考虑相机的畸变参数(如径向和切向畸变)。
5.校正和评估:使用得到的相机内外参数对图像进行校正,通过观察校正结果和评估标定误差,可以对相机标定的准确性进行评估和调整。
张正友标定法通过利用多个标定图像和对应的真实世界坐标,能在一定程度上克服了噪声和畸变的影响,从而提高了相机标定的准确性和稳定性。
该方法广泛应用于计算机视觉、机器人导航等领域,为相机的精确几何校正提供了基础。
一种高精度特征点检测和相机标定方法摘要:针对特征点检测和相机标定精度问题,提出了一种亚像素级的角点检测和相机标定方法。
该方法对角点的提取首先运用传统的方法得到初始值,并以此为初始值从棋盘格图像中搜索边缘,然后拟合边缘数据,并将拟合得到的曲线的交点作为角点的最终值,最后以这些角点作为标定相机的特征点对相机进行标定。
实验结果表明,该方法提高了特征点提取的准确度和精度,以此提高了相机标定的精度。
关键词:相机标定亚像素 tsai 拟合0 引言目前,ccd阵列作为一种普遍的成像器件,被应用于交通、军事、医疗、工业等领域。
相机在成像过程中,成像的质量受到相机的分辨率、光学畸变的影响而下降,相机高精度的标定是测量系统完成任务必不可少的环节[1],相机标定结果的精度制约着系统测量的精度。
不同的邻域由于受到不同因素的影响而采用的标定方法存在着较大的差异。
机器视觉领域由于采用一般的ccd作为成像器件,不能准确地知晓其内部参数,而且具有随时间的推移而发生较大变化的特性,一次机器视觉领域相机地标定面临较多的困难。
机器视觉领域的相机标定具有以下的特点:相机的空间分辨率一般比较低;使用的相机一般具有较大的畸变;相机部件存在较大的安装误差;标定受到光学系统色差、景深等因素的影响而使得标定模式的边缘产生一定的模糊。
上述机器视觉领域中所面临的问题使得标定模式特征点的提取和定位精度较差,同时图像噪声的影响使得模式特征点的提取精度误差进一步加大。
标定模式特征点的定位精度很大程度上决定了相机标定的精度。
即使是像素级的误差也会使得标定结果产生重大偏差,所以如何利用亚像元技术获得标定模式特征点的精确定位是实现相机高精度标定的关键[2]。
本文提出了一种基于全局曲线拟合和局部曲线拟合现结合的角点检测方法[3]。
传统的焦点检测方法主要有双曲抛物面拟合和局部相交直线法,双曲抛物面拟合法假设所求角点附近图像灰度呈双曲抛物面分布,这样拟合曲面的鞍点[4]即为所求角点。
局部相交直线法确定所求角点的方法是求棋盘格黑白交界处的交点[5],由于受到镜头畸变的影响,交界处的直线在成像平面上不是一条直线,因此该方法所得角点的定位精度受到较大的影响[6,7]。
上述两种方法在求角点时忽略了模式点之间的几何约束和相机标定参数的全局性特征。
本文提出的方法通过对特征点进行几何约束来提高角点的定位精度。
同时噪声对特征点提取的影响,曲线的拟合范围采用全局和局部相结合的方法来拟合曲线。
1 原理1.1 相机模型目前,存在的几种代表性的相机标定方法[8],如tsai[9],heikkil[3]和zhang[4]等的方法,多数采用的是小孔成像模型。
区分这些方法在于其所选用的内部参数的形式和表达方式。
设oxyz为世界坐标系,oxyz为相机坐标系,点p为三维空间中的一个点,坐标(xw,yw,zw)和(x,y,z)分别表示点p在世界坐标系和相机坐标系下的坐标。
在理想的情况下,p点的图像坐标为pu(xu,yu),但由于存在畸变的因素,其实际成像的位置为pd(xd,yd),在计算机表示中用坐标(xf,yf)表示在图像中的像素坐标。
世界坐标系(xw,yw,zw)到相机坐标系(x,y,z)的变换如下xyz=rxwywzw+t (1)其中,r和t分别为旋转矩阵和平移向量。
相机坐标系到非畸变图像成像平面的投影变换为其中f为焦距,畸变模型有下式给出xd+dx=xuyd+dy=yu (3)xm=a[rt]m,a=αγμ00 βν00 0 1 (4)其中m=[u,v,1]t是一个二维点的坐标矢量表示,m=[x,y,z,1]t是一个三维点坐标的矢量表示,s是图像的尺度模糊因子,(r,t)为世界坐标系到相机坐标系的旋转和平移的外参矩阵,a是相机的内参矩阵,(u0,v0)为主点坐标,α和β分别为图像坐标系u轴和v轴上的缩放因子,γ描述的是两个图像坐标轴之间的倾斜关系。
1.2 标定算法1.2.1 特征点提取相机标定的过程如图1所示,如前所述,进行相机标定需要提取出图像平面的特征点的位置,其提取的精度很大程度上决定了相机标定的精度。
采用棋盘格模式对相机进行标定时,采用通常的方法提取出的角点与被检测的特征点邻域区域的图像信息有关,因此获取的特征点的定位精度受到了较大的影响,为了得到高精度的特征点定位估计,本文提出了相应的改进措施。
算法的主要步骤如下:①在本文的标定算法中,使用如图所示的棋盘格模式,为降低图像中噪声对角点检测结果的影响,需要对图像进行平滑处理,在采用harris角点检测算子得到图像中角点的初始值。
②检测标定板图像中的边缘信息,对步骤(ⅰ)中得到的角点进行分组,确定后续曲线拟合所需的边缘点集合。
③对选取的边缘点进行曲线拟合,曲线拟合分为两部分,即为全局曲线拟合和局部直线拟合。
有相机的畸变模型可知,采集的图像中心的畸变较小,局部的畸变与全局的相比较,可以采用不同次级的多项式进行拟合,考虑到一阶径向畸变的影响,全局拟合部分可以采用一个三次多项式进行曲线拟合。
局部拟合由于畸变差异的因素,可以进行局部直线拟合,这样同时考虑到了算法的复杂度和精度。
④确定角点,通过拟合曲线步骤可以获得全局和局部的曲线集合,求其两曲线集合之间全局曲线和局部曲线的交点即可得到所求的角点。
求交点的方法有很多种,本文采用迭代的方法,以步骤①得到的角点的初始值作为交点的初始值,通过迭代即可得到两曲线的交点。
1.2.2 标定参数的优化本文采用文献提出的方法对相机的参数进行估计,该方法先用线性的方法求解部分参数,在通过基于最大似然准则的分线性优化来获得其余的参数,这种方法能有效的减少迭代次数,同时提升运算速度,更重要的是该方法对对标定板的制作精度要求在大多数实际运用中都能得到满足。
2 实验结果与讨论实验采用的相机为canon powershot sx10 is,图像的分辨率为640×480,如图2所示为标定时所采集的一组图像数据。
图2 标定图像集标定结果如表1所示,由标定结果分析,对特征点进行亚像素级的定位后,相机的焦距估计、相机的姿态估计更加精确,标定的结果优于未进行亚像素定位的情形。
这说明采用亚像素角点提取的方法可以减少在特征点提取过程中个别噪声对标定结果的影响。
这样相机标定得到的参数对后续三维点的坐标重建步骤中的准确度是很有利的。
同时从标定结果中可以看出,相机焦距的标定结果与标称值存在差异,造成这样结果的原因主要有两个方面:一是相机焦距的标称值与本身实际焦距由于相机生产过程中产生的误差;二是相机标定采用的相机模型仅考虑了低阶的畸变因素,而忽略了高阶的畸变因素。
从实际的应用方面来看,采用本文的相机标定结果能够进一步提高三维测量的精度。
3 结论本文通过研究特征点之间的关系,使得特征点的提取和定位精度达到亚像素的级别,从而提高相机标定的结果的精度。
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