视觉测量技术：摄像机标定方法及系统

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：多数情况下，这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程称为摄像机的标定。摄像机标定一般分为经典标定方法和自标定方法。当前对传统摄像机标定技术的研究集中在非线性畸变校正。自标定方法不依赖于标定参照物，仅利用摄像机在运动过程中周围环境的图像与图像之间的对应关系对摄像机进行标定。图5.1 摄像机标定系统图5.2 标定靶标的控制点类型

空间某点的三维几何位置坐标与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数。多数情况下，这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程称为摄像机的标定。标定过程就是确定摄像机的几何和光学参数及摄像机相对于世界坐标系的方位的过程。

摄像机参数总是相对于某种几何成像模型的，这个模型是对光学成像过程的简化。如针孔成像模型，它是摄像机标定研究的基本模型。

然而在很多情况下，这种线性模型不能准确描述摄像机成像的几何关系，如在近距、广角时的情形。因此，还需考虑线性或非线性的畸变误差补偿后，才能更合理地看作针孔模型的成像过程，利用校正后的模型进行三维重建才能得到更高的精度，因此成像模型和畸变误差补偿成为视觉中摄像机标定研究的重要内容。

摄像机标定的基本方法是，在一定的摄像机模型下，基于特定的实验条件如形状、尺寸已知的标定参照物，经过对其进行图像处理，利用一系列数学变换和计算方法，求取摄像机模型的内部参数和外部参数。

摄像机标定一般分为经典标定方法和自标定方法。经典的摄像机标定技术利用已知物体上的一些点的三维坐标和它们相应的图像点坐标，计算摄像机的内外参数。当前对传统摄像机标定技术的研究集中在非线性畸变校正。经典标定方法具有标定精度高、可以使用任意摄像机模型的优点，其不足之处在于标定过程复杂，需要高精度的标定块或标定框架。在应用场合要求较高且摄像机参数不经常变化时，一般采用此类方法。自标定方法不依赖于标定参照物，仅利用摄像机在运动过程中周围环境的图像与图像之间的对应关系对摄像机进行标定。自标定方法包括基于主动视觉的摄像机自标定技术（基于平移运动的自标定技术和基于旋转运动的自标定技术）、利用本质矩阵和基本矩阵的自标定技术、利用多幅图像之间直线对应关系的摄像机自标定等。自标定方法非常灵活，但标定过程复杂，鲁棒性不足。不宜用于实时性要求较高的场合，主要应用于精度要求不高的场合，如虚拟现实等。目前，在简洁性的基础上采用高精度标定方法的视觉测量技术已经成为国内外视觉测量领域中的研究热点。摄像机标定系统如图5.1所示，经典标定靶标的控制点类型如图5.2所示。(www.chuimin.cn)

图5.1 摄像机标定系统

图5.2 标定靶标的控制点类型

视觉测量技术：摄像机标定方法及系统

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