基于Matlab的相机内参和畸变参数优化方法

为了提高相机标定结果的准确度,文中就相机内参和畸变参数的优化方法进行了研究。在建立准确的相机成像及标定模型基础上,根据模型参数估计的具体推导步骤,利用最大似然估计法对得到的参数进行结果优化,然后通过修改镜头畸变模型重新计算参数得到最终结果。实验证明,应用文中提出的流程求解相机内参和畸变参数,简单快速、准确度高且实用性强。     

一种基于共线特征点的线阵相机内参标定方法

提出一种利用共线的标定特征点确定线阵相机内参的方法。所有标定特征点均在线阵相机的视平面内。首先,标定过程中对标定特征点逐一成像,直接得到标定特征点和其对应像点,解决了空间标定点与像点的对应问题;其次,通过数学建模得到线阵相机的成像模型,联立多个位置处的成像模型解算出相机内参;最后,对影响线阵相机标定的因素进行分析及实验验证。理论分析和实验结果表明,文中的线阵相机标定方法简单灵活,无需制作精密的靶标,可获得大量标定点,提高了线阵相机标定的准确性和稳定性,实验得到成像特征点重投影像点位置偏差均方根为0.37 pixel。     

飞行时间深度相机和彩色相机的联合标定

飞行时间（TOF）深度相机等深度传感器可以实时、准确地获取深度信息,在计算机视觉领域受到广泛关注。本文以获取同一视野下场景的纹理信息和深度信息为目的,在传统的棋盘格标定方法基础上,针对TOF深度相机的低分辨率和较大的径向畸变的特点,采用角点稀疏的棋盘格作为标定板以提高角点检测的精度,提出一种TOF深度相机和彩色相机的联合标定方法。首先对彩色相机和深度相机单独标定,使用传统的棋盘格标定方法获得彩色相机的内部参数,对使用深度相机所拍的强度图进行畸变校正后再求得深度相机的内部参数。然后,固定两相机内参,多次实验获得两相机之间的相对位置关系,并使用最小二乘法进行优化。实验结果表明,该方法标定精度高,彩色相机的重投影误差最多可减小0.15个像素,深度相机的重投影误差最多可减少0.09个像素,根据标定结果将深度相机所得的深度图投影到彩色相机的视野下所得的投影深度图能和彩色图像精确对齐。      

一种基于单幅图像的相机标定方法

本文提出了一种相机快速标定方法,使用一个平面标定板,仅拍摄一幅图像,就能完成相机标定.与通用的相机标定方法相比,可以减少拍摄图像及计算相机多个参数初值的麻烦,提高了相机标定的效率,尤其适用于多相机同时标定的情况.在计算相机内参时,使用Levenberg-Marquarat方法优化求解.实验结果表明,本算法速度快且精度较高,可应用于机器视觉研究、工业三维测量等多个领域的摄像机标定.本方法也可以选择拍摄二幅或者任意多幅图像,来参与算法的迭代优化过程,以进一步提高标定精度.     

相机标定误差因素分析

分析了影响相机标定精度的一些主要因素,并给出了在这些因素影响下世界坐标重投影误差的分布曲线.仿真及实验表明在非线性相机模型的线性标定方法中,世界坐标的测量精度对相机标定精度有较大影响,标定图片数量15-20幅较合适.对相机标定中合理制作标定板、选择标定图片数量、快速高精度标定相机提供了有益帮助.     

面向工业检测的光场相机快速标定研究

由于光场数据量大,现有光场相机标定算法存在速度慢、无法快速校准工业检测中光场相机的参数变化、降低工业检测效率的问题。该文基于稀疏光场成像模型优化光场数据,提出光场相机快速标定算法。该算法以清晰度作为图像质量评价指标,从光场数据中选取高质量、具有代表性的稀疏视图,构建稀疏光场;接着利用稀疏光场求解相机参数初值并优化,得到最佳参数。实验结果表明,与现有最优标定算法相比,该方法不仅提高平均标定速度70%以上,在现有5个数据集的平均标定时间从101.27 s减少到30.99 s,而且保持标定精度在最优水平,在公开数据集PlenCalCVPR2013DatasetA的标定误差仅为0.0714 mm。     

相机标定精度的外部影响因素实验分析

本文对特征点与标定图片数量、棋盘格尺寸及标定板位置3个外部因素对相机标定精度的影响进行了相应的对比实验。实验结果表明,标定板上的特征点数量越多,所需的标定图片数量就越少;棋盘格尺寸在10～20mm之间时,标定误差较小;标定板选择在X轴、Y轴方向距相机中心较近且Z轴方向距相机中心较远的位置时,标定结果较好。     

光场相机建模与畸变校正改进方法

光场相机作为一种新型的成像系统,可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息,完成更加精准的场景深度计算,从而提升光场相机的三维重建的精度,需要实现精确的几何建模,并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发,将主透镜建模为薄透镜模型,将微透镜建模为小孔成像模型,结合光场相机双平面模型,将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系,详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义,以及标定过程中初值确定的过程,并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法,改进了光场相机的标定方法。实验显示,该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm,与经典的Dansereau标定方法相比,进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义,为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。     

面向机器视觉测量的液体透镜调焦系统标定方法

高性能光学成像器件是机器视觉测量的重要基础,液体透镜作为一种结构紧凑的快速电控调焦器件,在机器视觉测量领域中具有明确的应用前景。针对液体透镜调焦器件在视觉测量中性能易受环境干扰、系统内参难以准确标定的问题开展研究。首先,构建了基于Optotune液体透镜器件的机器视觉测量系统,分析了液体透镜器件电控调焦工作机理,提出了调焦系统的电流-焦距数学模型,研究了影响液体透镜调焦系统参数的温度、重力因素作用机理,分别提出了温度-焦距、重力-主点位置影响量传递与补偿数学模型;然后,将上述各系统模型与针孔相机成像模型相结合,提出了液体透镜调焦系统的函数化内参表达式,设计了求取表达式全部系数的标定装置与标定流程,并进行了系统内参标定实验,验证了文中内参标定方法的可行性;最后,利用标定所得的内参对边长30 mm的棋盘格靶标进行了测量实验,通过尺寸测量精度反映内参标定精度。实验结果表明,文中方法能够得到比现有插值法更准确的内参标定结果,其中图像角点空间映射位置误差均值为0.10 mm,棋盘格边长测量结果最大相对误差为0.68%,两项误差比插值法所得内参的测量结果分别减小了27.2%和54.4%。     

基于多相机系统的高精度标定

随着工业机器视觉的深入发展，大视野高精度视觉系统的需求越来越多。针对大视野导致的精度过低问题，提出一种基于多个低像素相机联合标定的方法。在多相机中选择一个相机作为主相机，求取其他相机的像素坐标系与主相机像素坐标系的映射矩阵，使得主相机的视野无限扩展。同时，为了更精确地得到标定板图像中的圆心像素坐标位置，采用两步标定法提升标定精度。提取标定板圆心像素坐标进行第1次粗标定，获取相机内参以及标定板位姿，从而获取图像平面与世界坐标系的平面Z=0之间的映射关系。对其进行透视偏差矫正，提取矫正后标定板的圆心，再利用逆映射变换把相应的圆心转换回原始位置，用转换后圆心像素坐标位置对主相机进行第2次精标定。最后通过LevenbergMarquardt算法进行非线性优化获取全局最优解。实验结果表明，所提标定方法的重投影误差在0.005 pixel～0.01 pixel之间。