引入切向畸变的相机标定技术研究

为提高相机的成像质量,相机标定技术成为相机制造厂商和计算机视觉领域研究者关注的焦点。相机标定技术是从相机成像原理出发,通过估计相机参数来降低相机成像误差的技术,其优化结果对于图像处理,及计算机视觉各方面应用都有着重要的作用。在相机标定技术的研究中,引入切向畸变是一种有效的方法。传统相机模型只考虑了径向畸变,而没有考虑切向畸变对于图像失真的影响。引入切向畸变后,可以更准确地估计实际成像中的畸变程度,进一步提高相机标定的精度。

共面点的摄像机非线性畸变校正

采用传统的Tsai两步法进行摄像机标定时,标定精度会受一阶径向畸变模型的限制。本文提出了一种同时考虑摄像机镜头径向畸变和切向畸变的摄像机模型并研究了模型求解方法来提高畸变校正精度。考虑图像中心区域畸变较小,故用中心附近点列出线性方程组计算了摄像机的部分参数;建立了综合畸变模型,将摄像机参数代入模型计算畸变参数的初始值。由于焦距和平移分量在标定板与相机平面的距离深度变化不够时难以一次性准确标定,故将其代入综合畸变模型重新计算,并运用两步迭代法逐步逼近精确解。最后,对世界坐标系进行空间几何变换、透视变换和成像变换得到的重投影图像的像素坐标并与实际测得的像素坐标值进行比较,得到校正误差。结果表明,本文的畸变校正方法平均像素误差可以达到0.114 9pixel,优于Tsai校正方法的0.367 0pixel,且重复性较好。

镜头畸变参数对航测像点量测精度的影响

为了得到径向畸变、切向畸变和非方形像元改正3种镜头畸变参数最优化的组合,提高航测时的像点量测精度,研究了不同畸变参数组合条件下对像点量测精度的影响。采用3种型号的镜头对辽宁工程技术大学北校区进行了航测,并利用Virtuozo AATPATB空三软件测试了几种典型组合下的航测结果精度。试验结果表明:在条件允许的情况下,尽可能采用较为全面的畸变参数能够最大限度地提升航测结果的精度;当条件有限时,采用K1和K2组合的模型可以消除大部分镜头畸变带来的影响,对结果精度的提升最为显著。研究成果可以为其他无人机航测任务提供参考。

柱面透视投影模型下的全景环形透镜畸变校正

根据全景环形透镜的成像机理特点,提出了用柱面透视投影模型来对图像畸变进行校正.在柱面投影模型中,空间直线的投影不再是直线,而是一个短轴不变的椭圆.首先建立含有畸变参数的全景环形透镜柱面校正模型,将空间直线点映射为柱面的椭圆上的点,然后使用投影长度和为零的条件,将环形像面上的点拟合为柱面上的最佳椭圆,求出变形校正参数,进而校正全景环形像.仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了校正,误差达到了亚像素级.

综合多畸变因素的摄像机标定

为了提高大视野应用场合下摄像机的标定精度,提出一种综合多种畸变因素的标定方法。首先在分析透镜存在径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变等因素的基础上建立透镜的多畸变模型,然后以平面的单应性为约束条件,利用标定图中心区域的圆点坐标求得部分摄像机初始内外参数;假设经畸变校正后的像点符合透视投影原理,并在此基础上求出畸变系数;最后通过多畸变模型,以迭代计算的方式逐步逼近精确值。从对比实验结果表明,该标定方法的平均像素误差为0.17 pixel,标定精度不低于Tsai两步法和张氏标定法;经校正后圆心距的标准方差为0.56 pixel,小于Tsai方法的1.00 pixel,优于张氏的0.75 pixel;在不同强度噪声的干扰下,标定结果的变异系数低于15%,表明所提方法的抗噪声干扰能力强,且适用于任意种类的镜头畸变模型。

一种基于量块垂直边线的相机标定方法

针对在切向畸变较明显的环境下标定参数的精确度存在明显误差的问题,利用标准量块形状简单、量值稳定的几何特性,提出一种基于量块垂直边线的系统标定方法。该方法采用标准量块为标定物,首先将相机坐标系与世界坐标系重合,避免了相机外部参数的计算,减少了运算量;其次利用Sobel算子检测量块边线边缘,利用最小二乘拟合得到直线,检测标定图像中垂直边线的交点;最后获取这些交点的世界坐标和图像坐标来标定相机,得到相机的内部参数。实验结果表明,在光栅投影测量系统中的相机切向畸变误差精度达到0.001。该方法原理简单、使用方便,对切向畸变有较好的修正精度和可操作性。

改进的平面模板两步法标定摄像机

最近 ,张正友提出用平面模板两步法来标定摄像机。该方法能高精度地标定摄像机 ,且简便易行 ,可以说是两步法标定的代表 ,但其算法模型仅考虑了镜头径向畸变 ,其对切向畸变较大的场合 ,如鱼眼镜头成像 ,则不适用。为此 ,通过改进其摄像机模型 ,提出了一种改进的两步法 ,该方法先用图像中心附近点求取初值 ,由于图像中心附近点畸变很小 ,故求取的初值能很好地逼近准确值 ,然后采用一种基于内部映射牛顿法的子空间置信域法通过求精来得到所有参数。仿真实验和真实实验的结果表明 ,该方法的标定精度要优于张正友的方法 ,鲁棒性也更好。

稳定精确的摄像机标定方法

在Tsai两步法的基础上提出了一种更加稳定精确的摄像机标定方法。由于Tsai两步法中只考虑了摄像机镜头的径向畸变因素,所以为了提高摄像机的标定精度,在其基础上考虑了镜头的切向畸变情况。在求解摄像机参数的过程中,第一步同Tsai两步法采用最小二乘法求解线性方程得到外部参数,再利用最小二乘法求解关于畸变参数K1,K2,K3,K4的线性方程组,最终求得摄像机的内外所有参数。通过实验对该方法进行了验证。

摄像机标定技术研究

在简要介绍现有摄像机标定方法的基础上,提出了一种基于张正友两步法和Heikkila相机模型的改进的摄像机标定方法。经实验证明,该方法操作简便,具有较高的精度和较好的鲁棒性。而且,由于充分考虑了镜头切向畸变和像素倾斜角的影响,故适用范围更广。

一种简便的双目摄像机标定方法

针对传统摄像机标定方法,在张正友平面模板两步法的基础上,提出了一种简便的双目立体摄像机标定方法,且在标定中通过选取图像中心附近的点作为初始预测值,再进行非线性搜索来确定摄像机内外参数。由于该方法在摄像机畸变模型中充分考虑了切向畸变的影响,使得标定应用范围更广。实验证明,标定模板制作简单,标定过程快捷,且具有较高的精度,完全可以满足双目立体视觉应用的要求。

双目立体摄像机标定方法研究

本文在张正友平面模板两步法的基础上,提出了一种改进的双目立体摄像机标定方法。该方法在摄像机畸变模型中充分考虑了切向畸变的影响,使得应用范围更广。本文在标定中通过选取图像中心附近的点作为初始预测值,再进行非线性搜索来确定摄像机内外参数。实验证明,本文标定模板制作简单,标定过程快捷,且具有较高的精度,完全可以满足双目立体视觉应用的要求。

一种计算机视频监控系统的精确标定算法

通过对整个计算机监控系统的误差源进行详细分析,将这些误差划分为制造误差、测量误差、计算误差三大类。在此基础上,提出了一种高精度的标定方法。此方法将标定过程明确划分为标定数据的提取、标定模型的建立、摄像机内外参数的计算和优化、畸变校正四个阶段。随着标定过程的推进,先后对图像像素量化噪声误差、图像坐标轴正交误差、不对心误差、镜头的径向畸变误差和切向畸变误差进行了修正。实验结果表明,标定方法非常精确,最后的标定总误差被控制在0.06个像素单位以内。

基于OpenCV的双目摄像头标定研究及实现

在分析图像像素坐标系、图像物理坐标系、摄像机坐标系、世界坐标系四大坐标系之间转化关系的基础上,建立了双目摄像机成像模型。该模型综合考虑了径向畸变参数、切向畸变参数,实现了双目摄像头平台的快速、准确标定。利用标定结果对摄像头抓取到的图像进行校正,取得了较为满意的结果。

基于球面透视投影约束的全景环形透镜畸变校正

全景环形透镜将折反射面集成到一起,能无扫描地瞬时得到围绕光轴的360度超大视场,在机器人导航、视频监控和虚拟现实领域得到了广泛的应用。其成像机理是将围绕光轴的视场二次反射投影到环形平面上,图像存在严重的切向和径向畸变。本文根据全景环形透镜的特点采用基于球面透视投影模型对图像进行校正。首先建立含有畸变参量的全景环形透镜校正模型,将空间直线点映射为球面点,然后使用遗传算法将球面点拟合为球面上的最佳大圆,求出变形校正参量,进而校正全景环形像。仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了很好的校正。

对张正友相机标定法的改进研究

针对鱼眼镜头所存在的畸变问题,提出了基于张正友标定法的一种改进的两步标定法。该方法把作为解析解求解出来的初始参数用非线性最小二乘法进一步完善,得到了内外参数,提高了初始数值的鲁棒性,并把切向畸变作为影响重建精度的考虑因素。实验结果与张正友的方法相比,改进的两步标定法快速收敛,并具有1.2σ的精度。

光学定位系统中摄像机标定的研究

在被动式光学定位系统中,CCD摄像机的标定是一个极其重要的过程。CCD摄像机的标定过程实际上是求解摄像机内、外参数的过程。基于基本矩阵的摄像机标定方法是根据极线约束、本质矩阵以及基本矩阵之间的关系,利用传统的8点算法得到基本矩阵的初始值,再通过其他匹配点迭代计算摄像机的径向阶畸变和切向畸变系数,最后由得到的畸变系数值计算校正后的基本矩阵,从而实现对畸变图像进行校正。

一种实用的傅里叶变换轮廓术系统校准方法

在傅里叶变换轮廓术(FTP)中,根据针孔模型透镜成像理论,在考虑摄像机的径向畸变和切向畸变的情况下,利用畸变量较小的图像中心信息,对测量系统放置位置进行调整。采用相位——高度映射并结合最小二乘法及曲线拟合对高度和畸变分别校准。该方法能够简单、快速的对摄像机系统进行标定和修正,提高了FTP测量的精度,特别是在横向坐标方向上的精度。实验验证了所提方法的正确性。