基于平行直线的三自由度云台摄像机标定
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基于平行直线的相机标定和相对定向
黄汝田;孙鹏
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2018(52)7
【摘要】摄像机标定是实现机器人视觉系统的必要辅助手段,目前的摄像机标定方法大都基于点特征,当点特征被遮挡或者在纹理贫乏区域同名点稀少时,都会导致无法标定和定向,适用性不强。
为克服这些障碍,本文提出一种新的相机标定和定向方法,仅需检测出空间四组共面的平行直线,并利用其进行相机标定和定向,无需提前给出特定的物体形状,这两组平行直线可以组成平行四边形或者矩形。
【总页数】7页(P126-132)
【关键词】机器视觉;自标定;相机标定;相对定向
【作者】黄汝田;孙鹏
【作者单位】北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG706;TH162
【相关文献】
1.基于平行光管的CCD相机标定新方法 [J], 王志和;舒嵘;何志平;吕刚;王建宇
2.基于直线约束的非量测数码相机标定 [J], 杨朝辉
3.基于相机标定的直线距离测量的研究 [J], 周超;康泽;初从颖;郝祥峰
4.基于相对定向结果和多视几何约束的序列影像直线相关研究 [J], 吴军;陈丹清
5.基于平行直线特征的相机标定和定向 [J], 黄汝田;董明利;骆飞;孙鹏
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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。
(学习笔记)摄像机模型与标定——摄像机标定摄像机的内参数:摄像机内参数矩阵(fx,fy,cx,cy)和畸变系数(三个径向k1,k2,k3,两个切向p1,p2)摄像机的外参数:旋转向量(⼤⼩为1×3的⽮量或旋转矩阵3×3)和平移向量(Tx,Ty,Tz)。
这⾥我们讲解⼀下旋转向量:旋转向量是旋转矩阵紧凑的变现形式,旋转向量为1×3的⾏⽮量。
上述公式中r就是旋转向量,1、旋转向量的⽅向是旋转轴 2、旋转向量的模为围绕旋转轴旋转的⾓度。
通过上⾯的公式三,我们就可以求解出旋转矩阵R。
同样的已知旋转矩阵,我们也可以通过下⾯的公式求解得到旋转向量:内参数(fx,fy,cx,cy)与棋盘所在空间的3D⼏何相关(即外参数)畸变参数则与点集如何畸变的2D⼏何相关。
1、5个畸变系数的求解:已知模式(我们可以认为是⿊⾊⽅格,含有四个⾓点)的三个⾓点所产⽣的6组信息(在理论上)可以求解5个畸变参数。
2、内参数fx,fy,cx,cy,和(ψ,φ,θ),(Tx,Ty,Tz)共10个参数的求解将在下⾯详细讲述。
⾸先说明:求解上述2中10个参数的前提是先假设每次的畸变参数为0。
求解4个内参数和6个外参数的分析:假设有N个⾓点和K个棋盘图像(不同位置),需要多少个视场和⾓点才能提供⾜够的约束来求解这些参数呢?1、K个棋盘,可以提供2NK的约束,即2NK的⽅程。
(乘以2是因为每个点都由x和y两个坐标值组成)2、忽略每次的畸变,那么我们需要求解4个内参数和6K个外参数。
(因为对于不同的视场,6个外参数是不同的)3、那么有解的前提是⽅程的总数应该⼤于等于未知参数的总数即2NK>=6K+4,或者写成(N-3)K>=2。
为了⽅便理解,下图是⼀个3×3⼤⼩的棋盘,红⾊圈标记出了它含有的内⾓点:如果我们令N=5,K=1,带⼊到上述不等式,是满⾜不等式,这就是意味着我们仅需要⼀个视场和带有5个内⾓点的棋盘就可以求解出10个参数了。
摄像机标定方法
摄像机标定是指通过一系列的图像处理和数学计算方法,获取摄像机的内外参数,以及畸变参数等信息的过程,以便实现三维世界到二维图像的映射关系。
常用的摄像机标定方法主要有以下几种:
1. 理论分析法:该方法主要基于摄像机成像原理,通过几何关系和投影变换来计算标定参数。
常用的理论分析法有针孔摄像机模型和复杂模型等。
2. 标定板法:该方法是通过拍摄已标定的棋盘格等特定标定板的图像,利用标定板上的特征点来计算摄像机参数。
常用的标定板法有张正友棋盘格标定法等。
3. 视觉实验法:该方法是通过进行一系列特殊的视觉实验,如视差法、三维重建等方法来获取摄像机参数。
这种方法一般需要用到额外的硬件设备。
4. 结合法:该方法是将多种标定方法进行结合使用,以得到更准确的摄像机参数。
其中常用的结合法是将理论分析法与标定板法结合使用。
需要注意的是,摄像机标定的结果对于后续的摄像机姿态计算、三维重建等应用非常重要,因此标定过程中要准确地采集多个不同角度和深度的图像,以提高标定的精度和稳定性。
三坐标测量机驱动的摄像机标定技术黄风山;钱惠芬【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)004【摘要】为了降低摄像机的标定费用和提高标定精度,提出了一种基于三坐标测量机平动的摄像机标定技术,对该技术的原理、数学模型、标定步骤和标定精度进行了研究.根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿X、Y、Z轴移动和正交精度都很高的特点,以三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在X、Y、Z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标;在每一个确定位置,摄像机拍摄标定特征点的像,经图像处理后,计算出像点在计算机帧存坐标系中的坐标.引入测头坐标系,建立了该项摄像机标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统.比对标定实验结果表明,基于三坐标测量机平动的摄像机标定系统与专用标定系统的标定精度相当,数据相差在±1 μm以内,满足工程实际精度要求,成本低、标定效率高.【总页数】6页(P952-957)【作者】黄风山;钱惠芬【作者单位】河北科技大学,机械电子工程学院,河北,石家庄,050018;天津大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;河北科技大学,机械电子工程学院,河北,石家庄,050018【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.三坐标测量机技术改造关键技术 [J], 赵丹阳;宋满仓;王敏杰2.三坐标测量机驱动的单目立体视觉坐标测量方法 [J], 王春梅;黄风山3.微纳米三坐标测量机驱动与控制系统的研究 [J], 黄强先;宫二敏;韩彬;张维富;徐从裕4.思瑞推出新一代三坐标测量机——Tango系列三坐标测量机 [J], 无5.世界三坐标先进测量技术之集大成者——记WENZEL三坐标测量机 [J], 刘洪斌;陈美景因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于平行直线束图像序列的摄像机标定
曲学军;张璐
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2010(018)006
【摘要】模拟与实现了一种基于主动视觉的摄像机参数标定方法;首先对空间平行直线束的成像规律进行研究,建立了平行直线束的消隐点与投影中心的连线和该平行直线束方向矢量的关系,在此基础上利用多组平行直线间的夹角作为约束求解摄像机焦距以及外参数.实验中采用普通的电脑液晶显示屏作为标定模板,液晶屏中显示按规律变换位置的平行直线束图像,摄像机进行同步拍摄获取液晶屏图像序列;在标定过程中摄像机与液晶屏的位置固定不动,避免了主动视觉方法对高精度平台的要求;该方法完全自动进行,内外参数分阶段线性求解且稳定性高;方法中不涉及图像间匹配问题,且无需知道标定模板的物理度量;模拟与真实实验均表明了该方法的有效性与实用性.
【总页数】4页(P1421-1423,1427)
【作者】曲学军;张璐
【作者单位】沈阳航空工业学,院航空宇航工程学院,辽宁,沈阳,110136;沈阳航空工业学,院航空宇航工程学院,辽宁,沈阳,110136
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于平行直线的三自由度云台摄像机标定 [J], 伍显胜;徐荣华;高雪峰;钱东海
2.基于空间平行直线束的CCD摄像机内外参数标定 [J], 曲学军;张璐
3.基于平行直线特征的相机标定和定向 [J], 黄汝田;董明利;骆飞;孙鹏
4.一种利用图像序列进行摄像机标定的方法 [J], 张大朴;李玉山;刘洋
5.基于平行直线的相机标定和相对定向 [J], 黄汝田;孙鹏
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用三线法标定车载摄像机的外部参数
李青;郑南宁;张雪涛
【期刊名称】《光电工程》
【年(卷),期】2004(031)008
【摘要】根据摄像机透视投影原理,三条互不重合的平行线在图像平面上具有相同的消失点和不同的斜率.按照针孔成像模型,经过数学推导可以建立摄像机的外部参数与消失点和成像斜率之间的解析表达式,无需经过迭代和优化计算.实现过程只需要地面上有三条平行线,然后通过手工或自动的方式确定出这三条直线成像的交点和斜率,就可以标定出摄像机的外部参数.实验表明,该方法可以在不同环境下进行车载摄像机标定,方位角和俯仰角的标定误差小于百分之一弧度.
【总页数】4页(P23-26)
【作者】李青;郑南宁;张雪涛
【作者单位】西安交通大学人工智能与机器人研究所,陕西,西安,710049;西安交通大学人工智能与机器人研究所,陕西,西安,710049;西安交通大学人工智能与机器人研究所,陕西,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.41
【相关文献】
1.大视场远距离摄像机外部参数标定算法研究 [J], 全厚德;王建华;赵波
2.车载摄像机外参数的自动标定 [J], 乌萌;安向京;曹娟
3.摄像机参数的三线性插值误差补偿标定方法 [J], 崔岸;刘业峰;袁智;王龙山
D摄像机内外部参数快速准确的标定方法 [J], 罗飞路;傅恩锡
5.车载摄像机外参数的动态卡尔曼滤波标定法 [J], 乌萌;安向京
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五自由度立体视觉平台中摄像机的标定
杜欣;赵晓光;徐德;谭民
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2004(040)020
【摘要】文章从立体视觉与机器人控制集成的角度出发,建立了一个主动立体视觉跟踪和定位系统,用于柔性装配线中装配零件的运动跟踪和装配工位的精确定位.该系统采用基于平面正方形的摄像机标定方法,该方法要求摄像机在三个(或三个以上)不同的位置摄取一个标准的正方形的图像,经过图像处理找到正方形的四个顶点在图像上的坐标,通过计算就可以线性求解摄像机全部内外参数.该方法简单易懂,非常适合于摄像机内外参数频繁标定的场合,计算速度快、所需设备简单、实用性好.文章的最后,给出了使用文中提出方法进行标定的实验结果,说明了该方法的有效性.【总页数】4页(P8-10,66)
【作者】杜欣;赵晓光;徐德;谭民
【作者单位】中科院自动化所复杂系统与智能科学重点实验室,北京,100080;中科院自动化所复杂系统与智能科学重点实验室,北京,100080;中科院自动化所复杂系统与智能科学重点实验室,北京,100080;中科院自动化所复杂系统与智能科学重点实验室,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.双摄像机立体视觉系统的标定 [J], 张明;顾锐锐;朱李核;胡晓明;徐锡镇
2.基于OpenCV和本质矩阵的双目立体视觉摄像机标定方法 [J], 蓝福明;杨宜民
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5.双目立体视觉中摄像机标定技术的研究 [J], 王苏娅
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