阵地地貌反求测量中像机标定技术研究

针对阵地地貌测量重构中相机参数标定问题,基于像机的内参数模型,提出了一种多相机并联阵地地貌测量标定方法。该方法基于主动视觉原理,利用测量支架在线性独立位置安装四部相机,并采用并联装置驱动相机同时拍摄,从而实现与三次独立线性平移效果相同的拍摄。根据该标定方法设计了阵地地貌测量标定实验,实验结果表明fu /fv的相对误差小于3.87%,u0、v0绝对误差在4个像素的范围内,s的变化范围在3倍以内,该方法适合于阵地地貌测量的方便、快捷标定。     

Camera calibration method for solid spheres based on triangular primitives

A new camera calibration method based on triangular primitives for solid grid sphere objects are proposed in this work to address the contradiction among the number of cameras, calibration accuracy, and algorithm stability in the current camera calibration process. In the proposed method, a sphere is used as the base, and the surface coverage curve of the sphere forms a calibration object as the grid based on triangular primitives. We use the absolute quadratic curve and vanishing point to calculate the intrinsic and extrinsic parameters of the camera, respectively. The proposed method can simplify the element correspondence in the calibration and calibrate multiple cameras in different positions simultaneously. Experimental results show that the new 3D calibrator exceeds the calibration accuracy and stability of traditional algorithms. Moreover, the comprehensive evaluation of the algorithm is improved significantly.     

基于非量测畸变校正的摄像机标定方法

为了保证镜头畸变系数标定的一致性和简化视觉测量中摄像机的在线标定过程,建立畸变分离的摄像机模型,提出基于非量测畸变校正的摄像机线性标定方法。基于共线点的透视投影不变性,采用大量共线特征点对定焦镜头的畸变参数进行一次标定,摄像机内部参数可以由校正畸变后的特征点进行线性标定。该方法将畸变参数从摄像机模型中分离出来,不需要将畸变参数纳入到摄像机模型中进行多次重复标定。试验结果表明,畸变分离摄像机模型很好地符合了定焦摄像机的成像规律,基于非量测畸变的摄像机参数线性标定方法与传统的非线性优化标定方法的标定精度相当,标定速度提高近3倍,对于简化摄像机标定过程,提高视觉测量的便捷性,拓宽机器视觉的工程应用具有重要意义。     

离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定

由于测绘相机的关键几何参数内方位元素和畸变的标定精度决定相机的立体测绘精度,本文提出了一种离轴三反时间延迟积分( TDI) CCD相机内方位元素和畸变的标定方法.介绍了离轴三反TDICCD相机的光学系统和像面拼接方法,明确了该相机内方位元素和畸变的含义.建立了标定系统及相应的数学模型,应用最小二乘回归法求得了内方位元素和畸变的表达式.利用提出的方法标定了相机的内方位元素和畸变,并对标定误差进行了分析.结果表明:该方法对主点的标定精度可达1.0 μm(1σ),对主距的标定精度可达2.0 μm(1σ),对畸变的标定精度为2.3 μm(1σ).结果显示提出的标定方法快捷且有效.     

摄象机内征参数的标定

从目标的视图定量地计算它的三维视觉信息必须首先标定摄象机的内征参数。本文介绍一种基于平面板的多视图标定这些内征参数的技术,该技术适合于标定无非线性失真或非线性失真可以忽略的摄象机,尤其适合于标定水下摄象机,而且无须任何高精度装置,因此成本很低。我们根据一平面标定板的特征集合在实际视图的计算机坐标系中的坐标与它在目标的模型坐标系中的坐标之间的矢量距离和内积是几何不变的原理,得到了关于每个视图的基准特     

一种考虑畸变的摄像机线性标定简化方法

根据视觉机器人系统结构特殊的特点,作了大量的简化,采用线性标定方法.但考虑到摄像机的视场仍然比较大,提出了基于拟合平面的线性畸变纠正方法,将畸变的图像坐标纠正到理想图像坐标,而后根据摄像机线性标定模型,计算出世界坐标,完成标定工作.实验结果表明,该方法简单、快捷,且精度也能达到较高的水准.     

基于全局代价函数优化的立体标定方法

提出了一种基于全局代价函数的立体标定方法.以张正友的单日摄像机标定算法为基础,同时选择合适的径向畸变模型,将左右摄像机的内参数、摄像机与标定板之间的外参数、镜头畸变系数,以及两个摄像机之间的外参数标定相互融合,使用一种约束性更强的全局代价函数作为优化目标进行非线性优化,经过一次优化便可以得到立体视觉系统中的摄像机参数.与通常的立体标定方法相比,该方法在目标函数中引入了左右摄像机之间外参数保持不变这一约束条件,从而使得重投影残差更小、标定精度更高,并且整个算法具有更强的鲁棒性.对比实验结果证明,这种基于全局代价函数优化的标定方法具有精度高、标定结果稳定等优点.     

编码光三维重建中摄像机标定技术的应用

针对编码光三维重建测量系统中参数设定的可操作性不强和精度不高的问题进行了全面分析,由此引入一种操作简单且精度大大提高的摄像机标定技术．该标定采用理想小孔模型忽略摄像机镜头的非线性畸变．在已知一组三维空间特征点坐标及其对应的图像点坐标时,利用线性算法求解出透视换矩阵中的各个元素进而再次分解出系统所需的内外参数。该方法由于无需迭代,因此计算速度快,可高精度地实现系统所需参数的标定。     

基于HALCON的非线性摄像机标定算法研究与应用

针对工业应用,采用LENZ径向畸变模型建立面阵和线阵摄像机的非线性成像几何模型,并分析模型的内外参数及针孔模型的局限性,基于两步法思想改进标定方法。利用HALCON的矩阵网格状圆靶平面标定板及函数库平台,采用亚像素精度的边缘提取和椭圆拟合算法精确获取标定点,建立与空间点的对应关系,并对所求参数进行非线性优化,通过实验及精度分析验证了求解参数的准确度和稳定性。该标定算法灵活准确,具有良好的可移植性。     

高精度立体视觉测量中一种通用的摄像机标定技术

实现了一种用于高精度立体视觉测量中摄像机标定的新技术。这种“两步法”技术能够标定摄像机的外部参数以及有效焦距、径向透镜畸变系数和图像尺度因子。它利用合理组织的求解次序使得每一步参数的求解都只须求解线性方程组,从而彻底改变了以往摄像机标定依赖于非线性优化方法。本文的理论和实验证明,这种新技术较以往算法更为快速、简便、精确。     

大视场光电测量系统的精密几何标定和畸变校正的研究

本文研究在大机场精密光电测量系统中最为关键的测量精度问题。深入地讨论了这种大视场光电测量系统的高精度几何标定方法,重点探讨了利用计算机通过解析方法补偿光学系统几何畸变的途径,以期达到在光学系统精度较低的情况下测量系统也可以进行高精度测量的目的。为了达到上述目的,主要研究了以下几个问题:分析了摄影测量的基本原理,提出相机标定和畸变校正问题;建立适合于相机标定和畸变校正的数学模型;研究了对相机进行精密标定的方法和手段;研究了标定数据的分析处理方法;进行计算机仿真实验,分析实验结果。     

基于市售设备的结构光系统模型及标定

在射影几何矩阵模型和三角法解析模型的基础上,结合市售数码相机和投影仪内部结构参数精度高、工作稳定的特点建立了结构光三维测量系统的实用数学模型。提出一种借助数码相机赋予投影仪"视觉"功能,向标定模板投射正交格雷码图案,从而确定DMD像面点和空间标准点对应关系的投影仪标定方法。作为上述数学模型的基础,设计了基于共线特征的校正模板,采用图像法将数码相机镜头畸变参数分离于系统参数之外单独标定。文中具体给出了数学模型、标定公式及校正模板,最后进行了标定、测量实验。仿真系统验证了方法的可行性,测量相对误差约为0.2%;实际系统平面测量相对误差小于0.7%,重构的复杂表面具有良好视觉效果。     

一种基于自制平面模板的摄像机标定方法

给出了一种实用的摄像机标定方法。首先通过预标定过程确定摄像机光心坐标和感光单元的纵、横向间距，然后结合自定义的摄像机成像模型利用径向平行约束求解其余的摄像机内外参数，最后利用自制的平面模板对该方法进行了实验验证。结果表明，该方法不仅操作简便，在一般硬件条件下也可获得满意的精度，具有良好的实用价值。     

一种高精度机器人手眼标定方法

手眼系统的标定是机器人视觉中的一个重要研究内容,标定的准确性直接影响机器人的作业精度。对于机器人眼在手系统,介绍了标定的原理并给出标定方程的求解方法。指出摄像机外参是构建标定方程的重要数据,为确保摄像机外参的准确性,提出利用图像校正的原理对摄像机外参进行验证。通过对基于标定方程的精度影响因素进行分析,对标定过程中的机器人运动轨迹进行规划。最后通过实验,对比了摄像机外参筛选前后的标定结果,证明经过摄像机外参筛选后,对标定精度和稳定性有一定提高,展示了实验过程中各步骤的完整数据,并验证了最终的标定精度。     

Comprehensive simulation software for teaching camera calibration by a constructivist methodology

This paper describes the Metrovisionlab computer application implemented as a toolbox for the Matlab program. It is designed to teach the most important camera calibration aspects in dimensional metrology applications such as laser triangulation sensors and photogrammetry or stereovision systems. This software is used in several industrial vision courses for senior undergraduate mechanical engineering students. The application: simulates a virtual camera, providing a simple and visual understanding of how various characteristics of a camera influence the image that it captures; generates the coordinates of synthetic calibration points, both in the world reference system and the image reference system; and can calibrate with the most important and widely-used methods in the area of vision cameras, using coplanar or non-coplanar calibration points. Thus, the main goal is to have a simulation tool that allows characterizing the accuracy, repeatability, error mechanisms and influences for different measurement conditions and camera calibration algorithms. In the realized tests, the software has demonstrated to be a very effective educational tool.     

基于精确控制点的立体像机校准技术

给出了将改进的两步法与精确控制点相结合来精确校准立体像机的新技术,像机镜头畸变模型考虑了径向畸变和切向畸变.利用红外发光二极管随三坐标测量机测头移动以确定间距来形成立体校准模板上的精确控制点.校准程序包括先使用位于图像中心的控制点来线性求取部分校准参数,然后再使用所有控制点来迭代优化所有参数.实验中使用非线性优化参数来反推控制点的空间位置,发现精度比线性求解参数提高了0.11 mm,结果表明,此技术可以满足像机精确校准和测量的要求.     

ASSESSMENT OF SMARTPHONE-BASED TECHNOLOGY FOR REMOTE ENVIRONMENTAL MONITORING AND ITS DEVELOPMENT

Many countries are increasing their research on monitoring technology to identify and systematically manage various domestic changes. In particular, the need for remote monitoring is increasing in response to climatic disasters, such as flooding, storms, and rising tides caused by global warming. We developed a smartphone-based environmental monitoring system that enables remote monitoring in any place and at any time. The overall system is composed of a 24-hour smartphone-based imaging system, a monitoring information management system to receive the monitoring information, and stereo image rectification software that provides lens distortion correction, geometric correction, and stereo matching of the monitoring images. The system was developed using the Samsung Galaxy S with the Android OS, as well as open source–based software and other hardware. It is easy to install, control remotely, and monitor the status of imaging devices. We assessed the accuracy of the micro-electro-mechanical system (MEMS) sensors of the smartphone to evaluate the applicability of our environmental monitoring system. The assessment was conducted via survey using metric cameras, a global positioning system receiver, a three-dimensional laser scanner and total station, geometric correction, and digital elevation models generated with camera internal elements, external elements, and ground control points. We demonstrated the effectiveness of the system, and showed that the accuracy of the MEMS sensor and camera calibration have a significant effect on image analysis.     

用于摄像机标定的三维特征点集构建方法

提出了一种由二维共面靶标自由移动来构建三维特征点集的方法 ,该方法不需要严格限制标定靶标的移动 ,因此可以保证摄像机在固定之后进行现场标定 ,使摄像机的标定状态和工作状态完全一致 ,降低了标定设备的成本 ,简化了标定过程 ,提高了标定效率。试验结果表明 ,该方法切实可行     

BUNDLE ADJUSTMENTS CCD CAME-RA CALIBRATION BASED ON COLLI-NEARITY EQUATION

The solid template CCD camera calibration method of bundle adjustments based on collinearity equation is presented considering the characteristics of space large-dimension on-line measurement. In the method, a more comprehensive camera model is adopted which is based on the pinhole model extended with distortions corrections. In the process of calibration, calibration precision is improved by imaging at different locations in the whole measurement space, multi-imaging at the same location and bundle adjustments optimization. The calibration experiment proves that the calibration method is able to fulfill calibration requirement of CCD camera applied to vision measurement.     

采用简化Brown模型及改进BFGS法的相机自标定

为了精确地反映相机的几何成像关系,本文基于简化的Brown模型和改进的BFGS(Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno)算法提出了一种相机自标定方法。该方法首先将线性模型和畸变模型拟合为非线性模型,通过线性模型的基本矩阵约束非线性模型参数得到约束方程;然后,提出了适用于非线性内参数约束方程的基于新拟牛顿方程的改进BFGS算法并求解了方程内参数。利用提出的模型和算法,该标定方法能够在较少的迭代次数和有噪声条件下保证标定结果的精度和鲁棒性。有、无噪声情况下的收敛性分析和鲁棒性分析显示:在噪声不大于±3pixel的情况下,迭代10次即能保证重投影误差小于0.4pixel。通过标定相机内参数并计算重投影误差进行了真实图像实验,结果表明:标定精度误差小于0.06%,重投影误差为0.35pixel,验证了提出方法的有效性。该方法适用于计算机视觉领域中的图像处理,模式分类和场景分析等。