双目视觉测量系统标定：视觉测量技术成果

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：双目视觉测量系统的标定主要是指摄像机内部参数标定后，确定视觉系统结构参数R和T。实际上，在双目视觉测量系统的标定方法中，是由标定靶标对两台摄像机同时进行摄像机摄像标定，以分别获得两台摄像机的内、外参数，从而不仅可以标定出摄像机的内部参数，还可以同时标定出双目视觉测量系统的机构参数。

双目视觉测量系统的标定主要是指摄像机内部参数标定后，确定视觉系统结构参数R和T。常规方法是采用二维或三维精密靶标，通过摄像机的图像坐标与三维世界坐标的对应关系求得这些参数。

实际上，在双目视觉测量系统的标定方法中，是由标定靶标对两台摄像机同时进行摄像机摄像标定，以分别获得两台摄像机的内、外参数，从而不仅可以标定出摄像机的内部参数，还可以同时标定出双目视觉测量系统的机构参数。

在对每台摄像机单独标定后，可以直接求出摄像机之间的旋转矩阵R和平移矢量T。但由于标定过程中存在误差，此时得到的关系矩阵并不是很准确。为了进一步提高精度，可以通过对匹配的特征点用三角法重建，比较与真实坐标之间差异构造误差矢量，采用非线性优化算法对标定结果进一步优化。具体过程如下：

如图7.15所示，O_W-X_WY_WZ_W为世界坐标系，O_L-X_LY_LZ_L、O_R-X_RY_RZ_R分别为左、右摄像机坐标系。考虑空间中一点P，在世界坐标系中坐标矢量为X_W，在左、右摄像机坐标系中坐标矢量分别为X_L、X_R。这样它从世界坐标系分别变换到到左、右摄像机坐标系的关系为

这样，从左摄像机到右摄像机的关系为

X_R=RX_L+T (7.51)

式中，R=RR_L^-1；T=TRT_L。(www.chuimin.cn)

图7.15 立体摄像机系统标定示意图

得到摄像机之间的旋转矩阵R和平移矢量T后，可以利用关系式

进行三维重建，其中p₁、p₂分别是点P在左右图像中的坐标矢量。得到点P的三维坐标矢量估计值P_eval，就可以与已知的真实值P_true比较，令误差矢量，选用合适的优化算法（例如LM优化算法），就可以得到更加准确的摄像机内外部参数。由于标定时充分考虑了摄像机之间的关系，因此重建精度比由每台摄像机单独标定的重建精度更高。

立体匹配中，经常希望使得图像间匹配点保持在同一扫描行上，从而使对应点的搜索从二维空间降为一维空间，从而大大简化对应点搜索工作，并且提高匹配可靠性。得到摄像机之间的关系矩阵R和平移矢量T后，很容易就可以通过旋转平移左右摄像机坐标系的方法使摄像机之间得到平行光轴的标准配置。这一过程通常称为立体校正。

双目视觉测量系统标定：视觉测量技术成果

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