攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究共3篇

攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究共3篇攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究1攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究

攝像機(jī)標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器人視覺(jué)等領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一。它的作用是確定攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，內(nèi)容涉及鏡頭畸變校正、三維測(cè)量、姿態(tài)估計(jì)、立體重建等多個(gè)方面。本文將重點(diǎn)介紹攝像機(jī)標(biāo)定的原理和方法，以及相關(guān)技術(shù)研究的進(jìn)展。

一、攝像機(jī)標(biāo)定原理和方法

1.1內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定

攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)包括焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)、像素尺寸等，它們決定了圖像的畸變形狀和位置。標(biāo)定內(nèi)部參數(shù)的方法主要有棋盤(pán)格標(biāo)定法、Zhang’s非線(xiàn)性標(biāo)定法等。其中，棋盤(pán)格標(biāo)定法是最常用的內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定方法。該方法基于相鄰格子內(nèi)邊的平行性和垂直性，通過(guò)對(duì)棋盤(pán)格圖像的處理，得到攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的近似值。具體流程如下：

1）準(zhǔn)備一張具有已知尺寸的棋盤(pán)格；

2）將棋盤(pán)格放置在平面上，攝像機(jī)對(duì)著它采集若干幅圖像；

3）提取圖像中棋盤(pán)格的內(nèi)部角點(diǎn)；

4）利用角點(diǎn)的像素坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的實(shí)際世界坐標(biāo)，使用最小二乘法求解攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。

1.2外部參數(shù)標(biāo)定

攝像機(jī)的外部參數(shù)指相機(jī)坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換關(guān)系，它描述了相機(jī)的位置和姿態(tài)。標(biāo)定外部參數(shù)的方法主要有基礎(chǔ)矩陣法、本質(zhì)矩陣法、PnP問(wèn)題求解法、直接線(xiàn)性變換等。其中，基礎(chǔ)矩陣法和本質(zhì)矩陣法適用于單目相機(jī)，PnP問(wèn)題求解法適用于單目和雙目相機(jī)，直接線(xiàn)性變換適用于多目相機(jī)。這里以PnP問(wèn)題求解法為例進(jìn)行介紹。該方法是通過(guò)已知若干三維空間點(diǎn)和它們?cè)趫D像中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求解攝像機(jī)的外部參數(shù)。具體流程如下：

1）利用棋盤(pán)格標(biāo)定法，獲得相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)；

2）采集棋盤(pán)格上的若干特征點(diǎn)，求解它們?cè)谙鄼C(jī)坐標(biāo)系下的實(shí)際三維坐標(biāo)；

3）通過(guò)特征點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，求解相機(jī)到物體坐標(biāo)系的變換矩陣。

1.3鏡頭畸變校正

大多數(shù)攝像機(jī)都存在畸變現(xiàn)象，主要包括徑向畸變和切向畸變。徑向畸變使得鏡頭對(duì)稱(chēng)軸的延長(zhǎng)線(xiàn)和圖像的圓弧之間存在一定的偏差，切向畸變則會(huì)使圖像上的直線(xiàn)在鏡頭邊緣處發(fā)生彎曲。為了對(duì)圖像進(jìn)行精確處理，需要對(duì)畸變進(jìn)行校正。校正方法主要有多項(xiàng)式畸變校正、灰度距離畸變校正等。其中，多項(xiàng)式畸變校正是最常用的方法。該方法將徑向畸變和切向畸變分別表示為多項(xiàng)式函數(shù)，利用圖像中的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合函數(shù)曲線(xiàn)，從而得到畸變校正的近似值。

二、相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展

隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器人領(lǐng)域的迅速發(fā)展，攝像機(jī)標(biāo)定已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)之一。在攝像機(jī)標(biāo)定方面的技術(shù)研究主要聚焦于以下幾個(gè)方向：

2.1魯棒性改進(jìn)

傳統(tǒng)的攝像機(jī)標(biāo)定方法依賴(lài)于特征提取和對(duì)應(yīng)匹配，這些步驟容易受到圖像噪聲和干擾的影響，導(dǎo)致標(biāo)定精度降低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究者們提出了一系列魯棒性改進(jìn)的方法，如自適應(yīng)加權(quán)采樣、采樣一致性集成、隨機(jī)抽樣一致性。這些方法可以提高標(biāo)定算法的穩(wěn)定性和魯棒性。

2.2雙目攝像機(jī)標(biāo)定

雙目攝像機(jī)標(biāo)定是將兩個(gè)攝像頭的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)一起標(biāo)定，以便進(jìn)行立體視覺(jué)重建等應(yīng)用。雙目攝像機(jī)標(biāo)定的難點(diǎn)在于對(duì)應(yīng)關(guān)系的確定和誤差分析。目前，已經(jīng)有很多研究者提出了一系列雙目攝像機(jī)標(biāo)定的方法，如基于極線(xiàn)幾何的標(biāo)定方法、基于三維點(diǎn)云的標(biāo)定方法等。

2.3多目攝像機(jī)標(biāo)定

多目攝像機(jī)標(biāo)定是指將多個(gè)攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)一起標(biāo)定，以實(shí)現(xiàn)更高的重建精度和場(chǎng)景覆蓋范圍。多目攝像機(jī)標(biāo)定的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)量的增加和標(biāo)定誤差的傳遞。目前，已經(jīng)有很多研究者提出了一系列多目攝像機(jī)標(biāo)定的方法，如基于幾何約束的標(biāo)定方法、基于圖像特征的標(biāo)定方法等。

總之，攝像機(jī)標(biāo)定和相關(guān)技術(shù)的研究是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器人視覺(jué)領(lǐng)域中不可或缺的一部分。未來(lái)，我們可以預(yù)見(jiàn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，攝像機(jī)標(biāo)定的精度和效率將不斷提高，它將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究2攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究

攝像機(jī)標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向，其主要目的是估計(jì)攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，以及圖像坐標(biāo)和物理坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為后續(xù)的物體識(shí)別、三維重建、運(yùn)動(dòng)估計(jì)等計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。本文將從攝像機(jī)成像模型、標(biāo)定方法、標(biāo)定誤差及其影響等方面對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、攝像機(jī)成像模型

攝像機(jī)成像模型是進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定的基礎(chǔ)，常用的模型有針孔相機(jī)模型和透視相機(jī)模型兩種。

針孔相機(jī)模型是一種簡(jiǎn)單的成像模型，假設(shè)光線(xiàn)從物體經(jīng)過(guò)針孔后在圖像平面上形成像點(diǎn)，該模型可以描述為：

$$\begin{bmatrix}u\\v\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}f_x&0&c_x\\0&f_y&c_y\end{bmatrix}\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\end{bmatrix}$$

其中，$(u,v)$是像素坐標(biāo)，$(X,Y,Z)$是物理坐標(biāo)，$(f_x,f_y)$是焦距，$(c_x,c_y)$是圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)。

透視相機(jī)模型是一種更為復(fù)雜的成像模型，它考慮了攝像機(jī)鏡頭的形狀和光學(xué)屬性，對(duì)于大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景而言，透視相機(jī)模型更加逼真和準(zhǔn)確。

二、攝像機(jī)標(biāo)定方法

常用的攝像機(jī)標(biāo)定方法包括：直接線(xiàn)性變換法、Tsai標(biāo)定法、張正友標(biāo)定法等。

直接線(xiàn)性變換法使用標(biāo)定板上的約束點(diǎn)，利用最小二乘法求解攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，該方法簡(jiǎn)單易行，但精度較低。

Tsai標(biāo)定法基于透視相機(jī)模型，通過(guò)標(biāo)定板上的約束點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，該方法精度較高，但需要同時(shí)解決旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的估計(jì)問(wèn)題，計(jì)算復(fù)雜度較高。

張正友標(biāo)定法是一種直接線(xiàn)性變換法的改進(jìn)方法，它通過(guò)矩陣分解的方式，將攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)分別估計(jì)，計(jì)算復(fù)雜度低，效果較好。

三、標(biāo)定誤差及影響

攝像機(jī)標(biāo)定誤差是指攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)估計(jì)值與真實(shí)值之間的差距，標(biāo)定誤差會(huì)對(duì)后續(xù)的成像、物體識(shí)別等計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用產(chǎn)生影響。

影響標(biāo)定誤差的因素主要包括：標(biāo)定板的質(zhì)量、約束點(diǎn)的數(shù)量和分布、標(biāo)定板與相機(jī)之間的距離、攝像機(jī)焦距等。為了降低標(biāo)定誤差，需要選擇高質(zhì)量的標(biāo)定板，合理分布約束點(diǎn)，控制標(biāo)定板與攝像機(jī)之間的距離，選擇合適的焦距等。

總之，攝像機(jī)標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究，它對(duì)于后續(xù)的物體識(shí)別、三維重建、運(yùn)動(dòng)估計(jì)等計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用具有重要意義，需要選擇合適的標(biāo)定模型和方法，控制標(biāo)定誤差，提高計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究3攝像機(jī)標(biāo)定及相關(guān)技術(shù)研究

攝像機(jī)標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的一個(gè)重要研究方向，主要用于確定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)（如焦距、主點(diǎn)）以及外部參數(shù)（如旋轉(zhuǎn)角度、平移向量），從而提高計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用的精度和穩(wěn)定性?，F(xiàn)今的攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)廣泛應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤、三維重構(gòu)、機(jī)器人視覺(jué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。本篇文章探討攝像機(jī)標(biāo)定的基本原理和相關(guān)技術(shù)研究。

一、攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的標(biāo)定

攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)包括按高斯分布誤差假設(shè)下的主距、畸變參數(shù)和旋轉(zhuǎn)矩陣等，這些參數(shù)可以通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定求解。其中，主距是指旋轉(zhuǎn)軸上的像平面點(diǎn)，畸變參數(shù)包括徑向畸變和切向畸變兩種，主要是由于透鏡形狀不完整、位置不一致造成的。旋轉(zhuǎn)矩陣是將世界坐標(biāo)系下的點(diǎn)映射到攝像機(jī)成像平面的矩陣。

標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)的方法有兩種：一種是利用紋理信息進(jìn)行標(biāo)定，另一種是采用棋盤(pán)格法進(jìn)行標(biāo)定。

1、紋理信息法

該方法利用攝像機(jī)成像平面上的紋理亮度變化信息來(lái)求解攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。根據(jù)三角測(cè)量原理，攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)可以通過(guò)在三維空間中自由運(yùn)動(dòng)的相機(jī)從不同角度拍攝同一物體的多個(gè)紋理圖像來(lái)求解。在進(jìn)行攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定時(shí)，通常需要選定一組不同的攝像機(jī)位姿，如左、右、上、下、前、后等不同的拍攝角度。為了利用這些不同方向得到的圖像求解攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，通常是通過(guò)輪廓或特定的點(diǎn)集。

2、棋盤(pán)格法

該方法通過(guò)在二維平面上拍攝棋盤(pán)格的多個(gè)拍攝圖像，求解攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)。通常需要將棋盤(pán)格放在攝像機(jī)視野內(nèi)的多個(gè)位置，并在每個(gè)位置拍攝圖像。通過(guò)分析多個(gè)位置上的拍攝圖像，可以確定棋盤(pán)格在不同位置下的圖像坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)，從而求出攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。

二、攝像機(jī)外部參數(shù)的標(biāo)定

攝像機(jī)外部參數(shù)指的是攝像機(jī)在三維空間中的位置和姿態(tài)，通常由旋轉(zhuǎn)向量和平移向量組成。攝像機(jī)外部參數(shù)標(biāo)定的目的是為了以正確的尺度定位拍攝三維物體的空間位置。

攝像機(jī)外部參數(shù)的計(jì)算大致分為兩步：首先，通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定得到攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)；其次，使用匹配算法在拍攝多張同一三維物體的圖像上找