北航圖像傳感實(shí)驗(yàn)報(bào)告-含(標(biāo)定與測(cè)量實(shí)驗(yàn))

圖像傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)研究生專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目:單攝像機(jī)和線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定與測(cè)量成績(jī)：優(yōu)良中及格不及格學(xué)號(hào)：專業(yè)：姓名：2014年6月單攝像機(jī)標(biāo)定與測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果1.1攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程 本實(shí)驗(yàn)利用所要標(biāo)定的攝像機(jī)拍攝12幅平面十字靶標(biāo)圖像，如下圖1，由于所用靶標(biāo)為電子靶標(biāo)，由于薄刀片容易劃傷靶標(biāo)屏，所以在刀片下面放置一張白紙，但是，這在一定程度上會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。標(biāo)定完成后，進(jìn)一步對(duì)標(biāo)定過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化前后的攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)如下表(1)所示。攝像機(jī)和靶標(biāo)圖像的空間位置關(guān)系如圖2所示，角點(diǎn)重投誤差如圖3所示。圖1：12幅標(biāo)定圖像圖2：攝像機(jī)與靶標(biāo)空間位置關(guān)系圖3：角點(diǎn)重投誤差圖表1：優(yōu)化前后的參數(shù)優(yōu)化過(guò)程參數(shù)優(yōu)化前優(yōu)化后FocalLength:fc[2680.123802684.32225]±[281.34734277.03130]2676.912392681.26709]±[277.17722272.94164]Principalpoint:cc[502.51235334.84154]±[0.000000.00000][502.45676334.80631]±[0.000000.00000]Skew:alpha_c[0.00000]±[0.00000][0.000]±[0.000]angleofpixel90.00000±0.00000degrees90.000±0.000degreesDistortion:[-0.071110.926320.01833-0.010920.00000]±[0.132681.584920.005450.005080.00000][-0.074831.005950.01840-0.011030.00000]±[0.130531.563040.005370.005000.00000]Pixelerror:err[0.087120.08591][0.086100.08478]1.2長(zhǎng)度測(cè)量過(guò)程以標(biāo)定靶標(biāo)圖像中的第12幅圖像做為參考，如下圖4，將待測(cè)物體刀片置于靶標(biāo)圖像之上，并拍攝新的圖像，如圖5所示。由于兩幅圖像靶標(biāo)位置保持不變，故可利用標(biāo)定過(guò)程中求得的參考圖像的外參R、T，以及攝像機(jī)內(nèi)參矩陣A，對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行尺寸測(cè)量。圖4:第12幅靶標(biāo)圖像圖5：實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖像利用攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程得到待測(cè)物體所在靶標(biāo)的外參矩陣為：(1)提取所用靶標(biāo)圖片中的兩端點(diǎn)像素坐標(biāo)（紅色區(qū)域）為：（83，44）、（231,44）。求得對(duì)應(yīng)點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)為：（-0.003,-0.0038,0）、（-0.0028,0.052,0）利用距離公式，求得兩點(diǎn)間距離：D2=0.056(2)提取的待測(cè)物體兩端點(diǎn)像素坐標(biāo)（紅色區(qū)域）為：（94,93）、（211,139）。求得對(duì)應(yīng)點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)為：（0.015,0.00007，0）、（0.032,0.043,0）利用距離公式，求得兩點(diǎn)間距離：D1=0.05(3)由于已知靶標(biāo)方格長(zhǎng)度S=13*7.5=97.5mm，利用比例關(guān)系可得所測(cè)物體的長(zhǎng)度為：L=S*D1/D2=87.05mm,測(cè)量得到實(shí)際刀片長(zhǎng)度為90mm,相對(duì)測(cè)量誤差為：3.2％。二、誤差分析(1)在攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程中，若攝圖像的清晰度不夠、亮度不均勻、覆蓋的視場(chǎng)范圍較小，會(huì)造成標(biāo)定參數(shù)的誤差較大；(2)手動(dòng)提取角點(diǎn)以及被測(cè)量物體的坐標(biāo)時(shí)也會(huì)造成誤差；(3)在測(cè)量圖像中，由于待測(cè)物體存在一定的厚度,在被測(cè)物體與靶標(biāo)平面之間白紙也有一定的厚度，其外參數(shù)R、T將和參考圖像不完全一致，從而造成測(cè)量誤差。線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定與測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果1.1線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定將激光器投射的光平面打在棋盤(pán)格靶標(biāo)上并拍攝圖像，對(duì)拍攝得到的光條靶標(biāo)圖像進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，并選取3幅光條圖像獲得其R、T參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)拍攝的標(biāo)定靶標(biāo)圖像如圖1所示圖1：線結(jié)構(gòu)光標(biāo)定圖像標(biāo)定結(jié)構(gòu)光需要知道光條上控制點(diǎn)的像素坐標(biāo)，故首先需要提取光條。本實(shí)驗(yàn)利用先分割后細(xì)化的方法提取光條，結(jié)果如圖2。圖2：提取的光條圖像實(shí)驗(yàn)中，在每幅圖像的光條上提取2個(gè)光平面點(diǎn)，其齊次像素坐標(biāo)分別如下：p1=[5881401]T，p2=[588511]T，p3=[4874171]T，p4=[4883271]T，p5=[5004011]T，p6=[5034881]T。求得的攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分別為：P1=[81.9815.221506.99]T，P2=[81.5327.721506.54]T，P3=[225.97126.954458.20]T，P4=[16.90163.884456.03]T，P5=[147.6463.373832.62]T，P6=[146.88100.173831.41]T。利用上述6個(gè)光平面點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)可以擬合出光平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的方程：ax+by+cz=1，擬合結(jié)果為：[abc]=[-0.00039;-0.0078;0.00049]擬合平面三維圖如下圖3：圖3：擬合光平面圖像1.2線結(jié)構(gòu)光實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量將光條打到直尺上，注意盡量保持光條與直尺邊緣平行，否則會(huì)造成測(cè)量誤差。由直尺上的刻度可以讀出光條上兩點(diǎn)間的實(shí)際距離，同時(shí)利用這兩點(diǎn)的圖像坐標(biāo)可以反求出它們?cè)跀z像機(jī)坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)，進(jìn)而利用距離公式求得它們的空間距離，將該測(cè)量值與實(shí)際值比較，求出測(cè)量誤差。 實(shí)驗(yàn)拍攝的圖像如圖4所示圖4：距離測(cè)量圖像距離測(cè)量結(jié)果如表1所示表1結(jié)構(gòu)光距離測(cè)量結(jié)果實(shí)際距離(mm)15101520測(cè)量值(mm)0.954.979.9814.8519.96平均誤差1.4％