双目视觉标定原理

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稳定高精度的双目立体视觉测量系统标定方法

作者：马俊

来源：《电子技术与软件工程》2015年第21期

摘 要 为了稳定和提高双目立体视觉测量系统的精度，提出了一种便于操作的较为简单的规范性流程，其主要是通过对平面板标定理论，对摄像机左右两个内部参数进行确定，然后通过确定的内部参数作为双目标定的参考，在多视角这个前提下，完成对双目测量系统外部参数的标定。双目立体视觉测量系统标定方法在提高双目测量系统的精度上具有积极的作用，在整个标定过程中，双目测量系统参数是保证高精度的重要因素，该方法在双目立体视觉测量的工业化检验中应该得到广泛的应用，下面进行如下的研究。

【关键词】双目立体视觉 测量系统 内参线

双目立体视觉作为计算机研究领域重要组成部分，它认知这个客观世界是依据直接模拟人类肉眼所看见的视觉系统，在关于微操作系统的控制、机器人高科技导航与航测、模拟虚拟世界、三维非接触测量的方面都发挥极大的作用。通过模仿人眼睛视觉功能对被观测物体尺寸进行测量，以及工具是CCD视觉传感器来完成测量的整个过程。图像信息输入、摄像机位置标定、立体系统化匹配、三维尺寸重新构建、结果输出部分组成整个测量系统。

1 对双目立体视觉的认识及重新构建方法探讨

计算机视觉的含义是指通常我们所提到的关于人工智能化、计算机科学技术、图象处理技术、以及模式认知识别等各个领域的交叉学科。所包含的双目视觉是直接模拟了人类双眼视觉的生理基本结构，更有尺寸微小、成本颇低、功耗小且效率高等特点。在空间物体的三维测量等方面更是有广阔、无可取代的发展前途。现如今世界上最火热的话题之一也是对双目立体视觉的探讨，实际上的应用更加广泛，摄影机标定、图像显示预先处理、立体化匹配和三维数据重新构建，更是对这一系列进行更深的数据试验。通过研究摄影头硬件原理和对摄像头进行的各种测试，选择设计并制定了双目视觉试验机构，主要目的是组建了双目立体视觉试验系统，更制作了高精度的相片编订模板，提出了可以实现对双目立体视觉系统的低成本、高精度标定的一种二次标定的方法。双目视觉图像可以很迅速的去除图像上成像噪声，将左右图像的亮度对比缩到最小，更是将增强画面感，清晰度。

双目视觉成像原理

1.引言

双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Disparity)图。

双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体（包括动物和人体形体）测量中，由于图像获取是在瞬间完成的，因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一，获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。

2.双目立体视觉系统

立体视觉系统由左右两部摄像机组成。如图一所示，图中分别以下标L和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点A(X，Y，Z)在左右摄像机的成像面CL和CR上的像点分别为al(ul，vl)和ar(ur，vr)。这两个像点是世界空间中同一个对象点A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心Ol和Or的连线，即投影线alOl和arOr，它们的交点即为世界空间中的对象点A(X，Y，Z)。这就是立体视觉的基本原理。

图1：立体视觉系统

3.双目立体视觉相关基本理论说明 3．1 双目立体视觉原理

双目立体视觉三维测量是基于视差原理，图2所示为简单的平视双目立体成像原理图，两摄像机的投影中心的连线的距离，即基线距为b。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处，坐标系如图2所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后，图2中将左右成像平面绘制在镜头的光心前f处，这个虚拟的图像平面坐标系O1uv的u轴和v轴与和摄像机坐标系的x轴和y轴方向一致，这样可以简化计算过程。左右图像坐标系的原点在摄像机光轴与平面的交点O1和O2。空间中某点P在左图像和右图像中相应的坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。假定两摄像机的图像在同一个平面上，则点P图像坐标的Y坐标相同，即v1=v2。由三角几何关系得到:

双目视觉定位原理

双目视觉定位原理是一种常见的视觉定位原理，它是通过两个摄像头同时拍摄同一个物体的不同角度，再通过计算机图像处理技术将这些图像进行分析处理，从而确定目标物体的位置、大小、形态等信息。这种技术被广泛应用于机器人、无人机、自动驾驶汽车等领域，它的基本原理是通过双目视觉模拟人类眼睛的立体视觉效果，以实现对目标物体的快速准确识别和定位。

双目视觉定位原理的基本原理

双目视觉定位原理的基本原理是通过两个摄像头同时拍摄同一个物体的不同角度，再通过计算机图像处理技术将这些图像进行分析处理，从而确定目标物体的位置、大小、形态等信息。双目视觉定位系统主要由两个摄像头、镜头、图像采集卡、图像处理器和计算机组成。其中，两个摄像头被安装在一定距离的位置上，一般是左右两侧，成为双目视觉系统。当目标物体出现在两个摄像头的视野中时，它将在两个摄像头的图像中分别呈现出不同的位置和角度。计算机会对这些图像进行分析处理，通过计算两个图像之间的差异，确定目标物体的位置、大小、形态等信息，从而实现对目标物体的快速准确定位。

双目视觉定位原理的优势

双目视觉定位原理相比其他定位原理具有以下优势：

1.快速准确：双目视觉定位原理可以在短时间内快速准确地识别和定位目标物体，适用于高速运动物体的定位。

2.适应性强：双目视觉定位原理可以适应不同环境和光照条件下的定位需求，具有较高的灵活性和适应性。

3.精度高：双目视觉定位原理可以实现毫米级别的定位精度，可以满足高精度定位需求。

4.成本低：双目视觉定位原理不需要复杂的设备和技术，成本相对较低，适用于大规模应用。

双目视觉定位原理的应用领域

双目视觉定位原理可以广泛应用于机器人、无人机、自动驾驶汽车等领域。在机器人领域中，双目视觉定位原理可以用于机器人的自主导航、目标跟踪、障碍物避免等方面；在无人机领域中，双目视觉定位原理可以用于无人机的目标搜索、跟踪、拍摄等任务；在自动驾驶汽车领域中，双目视觉定位原理可以用于车辆的自主导航、障碍物检测、停车等方面。此外，双目视觉定位原理还可以应用于医疗、安防、航空航天等领域。

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-- 双目视觉成像原理

1.引言

双目立体视觉(Biｎoculａｒ Stereo Viｓｉoｎ)是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像,通过计算图像对应点间的位置偏差,来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别,使我们可以获得明显的深度感,建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Dｉｓpａrity)图。

双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点,非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体(包括动物和人体形体）测量中，由于图像获取是在瞬间完成的,因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一,获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。

2.双目立体视觉系统

立体视觉系统由左右两部摄像机组成。如图一所示，图中分别以下标L和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点Ａ（X,Y,Z)在左右摄像机的成像面ＣL和CＲ上的像点分别为ａl(ｕl,vl)和ａr(ur,vr)。这两个像点是世界空间中同一个对象点A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心Ol和Oｒ的连线，即投影线ａlOl和arＯr,它们的交点即为世界空间中的对象点A(X,Y,Z)。这就是立体视觉的基本原理。

图1:立体视觉系统

３.双目立体视觉相关基本理论说明

3．1 双目立体视觉原理

双目立体视觉三维测量是基于视差原理,图2所示为简单的平视双目立体成像原理图,两摄像机的投影中心的连线的距离,即基线距为b。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处,坐标系如图２所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后,图２中将左右成像平面绘制在镜头的光心前f处,这个虚拟的图像平面坐标系O1uｖ的u轴和v轴与和摄像机坐标系的x轴和ｙ轴方向一致,这样可以简化计算过程。左右图像坐标系的原--