论CCD相机标定的内、外因素：畸变模型与信噪比

决定ＣＣＤ相机定标的精度不仅取决于成像系统中已存在的各种畸变（模型），同时取决于这些畸变在数据噪声中所占的比例－信噪比，前者称为决定相机标定精度的内在因素，后者称为决定相机标定精度的外在因素。本文提出了利用统计显著性检验、相关系数检验来选择畸变模型。各种不同的模拟数据及实际数据试验表明：（１）不同的成像系统中畸变模型是不一致的，必须用显著性检验方法来检验畸变模型是否显著，删除非显著性畸变；（２）在选择多个畸变参数作为畸变模型时，畸变参数之间、畸变参数与标定参数之间有时存在强相关，必须用相关性检验这些参数，删除强相关畸变参数。本文还提出了用畸变在数据噪声中所占有的比例－信噪比作为衡量以多高的精度去量测影像坐标才能补偿畸变的标准，模拟试验数据表明：信噪比越大，畸变越能补偿；反之补偿就小．而且定标精度与信噪比是指数函数关系。     

高精度CCD拼接相机标定方法研究

介绍了大视场CCD(电荷耦合器件)拼接相机的组成和测量原理,分析了物像空间对应的坐标关系,指出了影响大视场光电测量设备精度的原因是相机内方位元素的准确性和光学畸变校正效果.提出了基于像面坐标系在大地坐标系下投影的高精度CCD拼接相机内方位元素的标定方法,该方法建立了CCD拼接相机模型和光学畸变校正模型,使用多元回归分析方法,标定了相机的内方位元素与畸变系数.大量试验结果验证了该标定方法的正确性,该方法对其他光电测量设备具有参考价值.     

确定CCD相机标定点个数的方法

针对带有径向畸变的单摄像机针孔成像数学模型,提出了确定标定点个数的方法.利用忽略切向畸变的径向一致约束推出线性方程式,应用最小二乘法求得线性方程式的系数.通过不断增加标定点的个数,得到系数的一系列解;观察系数解的变化是否稳定,从而判断所用标定点个数是否足够.     

线阵CCD相机镜头畸变标定方法

针对线阵CCD相机标定时镜头会产生畸变的情况,提出来一种利用交比不变的方法,考虑镜头同时存在的径向畸变和离心畸变,对畸变参数进行标定,建立畸变校正函数,并利用Matlab做出镜头畸变曲线,分析了线阵CCD相机镜头仅仅存在径向畸变时对结果的影响和径向畸变与离心畸变都存在时的影响。这种方法应用于相机标定之前,可以有效地消除线阵CCD相机镜头误差对整体标定结果的影响。     

基于辐射传输模型的TDI CCD遥感相机信噪比分析

信噪比是定量评价遥感相机成像质量和辐射性能的一项关键指标,信噪比的估算和测试对于遥感相机的研制至关重要.针对TDI CCD相机从辐射传输和能量转换的角度推导了信噪比计算公式,基于大气辐射传输模型MODTRAN 4.0从理论上估算了某遥感相机在各种观测条件下的信噪比,结果表明:在典型观测条件下相机的信噪比不低于20 dB.作为试验验证,利用积分球光源对相机进行了各种照明条件下的信噪比测试,测试结果证实了理论模型的正确性.     

基于平行光管的CCD相机标定新方法

阐述了一种由二维精密转台、平行光管和CCD相机构成的光学实验室相机标定的方法.首先通过Hough变换和最小二乘模板匹配方法得到平行光管十字丝钣孔在CCD相机焦平面上的成像交叉点的位置,然后根据相机畸变模型,由最小二乘回归解算出内方位元素和畸变参数,实验证明该方法标定结果满足空三处理和测图精度的要求.     

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。     

基于测角法的CCD航测相机实验室几何标定

CCD航测相机的实验室几何标定是其研制过程中非常重要的一个环节,包括内方位元素和镜头光学畸变的测定,它们是测绘工作中的基础数据,直接影响地形测绘的精度。在实验室用平行光管加星点分划板作为目标发生器,测出平行光线的入射角度和其在CCD靶面上的像点坐标,根据镜头畸变平方和最小的原则对内方位元素和光学畸变进行计算。对标定结果和标定精度分析,满足实际测绘工作要求,验证了标定方法的正确性以及精度的可靠性。     

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。     

天文CCD相机的噪声分析与信噪比模型的研究

全面分析了天文CCD相机系统中的几类主要噪声:光子噪声、读出噪声和暗电流噪声等,提出了在低照度条件下的信噪比(SNR)模型,并进一步提出了在不同曝光时间长度下CCD的信噪比简化模型.根据不同的简化模型,可以将曝光时间分为两个不同的噪声主导区域:光子噪声主导区域和读出噪声主导区域.为了更加有效地提高信噪比和检测CCD图像中的目标,可以采用像素合并技术.实验结果表明,所提出的信噪比模型及其简化模型是有效的.因此,在不同的应用条件下,可采取不同的曝光策略来获取图像数据,从而更加有效地检测图像中的目标.     

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。     

高精度测量的相机标定

在高精度尺寸测量系统中,采用传统短焦距定焦光学方法时径向畸变较大,影响测量精度.为提高测量的精度,根据摄像机针孔成像的线性模型和镜头的非线性模型,建立摄像机定焦镜头的对焦数学模型,提出了采用交比不变的标定方法.研究了物体远近的小范围变化对测量结果准确度的影响,修正了标定的像素当量;分析了镜头的几何投影变换关系,标定了镜...     

一种实用的CCD像机标定方法

机器视觉测量系统中,对于短焦距、视场角较大的CCD镜头,图像畸变较大,为了获得高精度的测量结果,需要对镜头进行标定.提出了一种实用的像机标定方法,采用了从畸变像点到理想像点变换的镜头畸变模型,通过优化搜索算法,得到了镜头畸变参数.进行了CCD像机标定实验,实验结果表明,该方法得到的摄像机的内部参数和镜头畸变参数能较好地还原畸变图像.     

偏振探测系统的摄像机标定与图像畸变校正研究

偏振探测在许多相关领域的应用日益广泛,探测系统的标定及校准是精确提取被探目标的前提.本文针对偏振探测系统,分析了基于2D平面标靶的摄像机标定算法,建立了摄像机线性模型和非线性畸变模型,通过线性及非线性结合的算法,得到了精确的摄像机内外部参数.利用镜头的畸变模型,提出了一种采用牛顿迭代算法来求解高阶非线性方程组对图像畸变校正的方法,建立了各像素点畸变量与到畸变中心距离的关系,最后对畸变校正前后的图像进行了测试实验,测试结果表明:测试点实际畸变大小符合理论畸变量关系,很好地验证了镜头的径向畸变特性;经畸变校正后的偏振图像能有效提高被探目标提取的准确率,偏振图像的畸变校正对复杂背景下目标提取准确率的影响最明显.     

利用双神经网络的相机标定方法

计算机视觉中,摄像机标定作为摄像测量技术的前提,是必不可少的一个环节.针对目前基于神经网络的相机标定方法训练精度不够高的问题,提出了一种基于双神经网络的相机标定方法.该方法从成像模型出发,推导出相机坐标Zc是世界坐标Zw和像素坐标μ,v的函数,在考虑了Zc的变化的基础上,将成像模型简化成两个函数关系式,使用两个神经网络进行标定,分化了单个神经网络的任务量的同时又充分遵循了成像模型.实验结果表明,较其余基于神经网络的相机标定方法,该方法提高了相机标定的精度,在400 mm×300 mm标定范围内平均标定误差为0.1786mm,验证了所提方法的可行性和有效性.     

基于多相机系统标定的全景拼接算法研究

全景拼接技术是当前全景技术的重点,而多相机系统被越来越多的应用于全景技术中。文章提出了一种基于多相机系统标定的全景拼接方法,利用通过标定得到的相机系统相关参数,将多相机系统拍摄得到的图像进行畸变矫正与旋转变换处理,以提高全景拼接的效果。使用基于特征描述符的标定板对多相机系统进行标定,获得相机的内部参数和外部参数;利用Mercator投影,结合标定得到的内部参数对鱼眼图像进行畸变矫正,外部参数则用于对矫正后的图像进行旋转变换处理,使它们在同一世界坐标系下;用Harris算法对相邻待拼接图像的特征点进行检测匹配,进而拼接成全景图。通过实验验证,该全景拼接算法具有不错的拼接精度,没有出现误匹配的情况。     

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。     

基于有理函数式镜头畸变模型的摄像机标定

摄像机成像模型是决定视觉测量精度的关键因素之一。随着视觉测量精度的要求越来越高,提高摄像机模型和标定的精度是解决该问题的主要手段。将一种新的有理函数式镜头畸变修正模型引入到摄像机的成像建模中,以更好地修正镜头畸变引起的误差,从而提高摄像机成像模型的精度;并提出一种两步求解以及分步迭代优化的方法精确求解成像模型中各参数,以解决有理函数式畸变模型参数无法直接求解的问题。实验结果表明,基于新畸变修正模型的摄像机成像模型比常规畸变修正模型的标定精度有显著的提高,并且新模型对大误差的控制更有效,从而可整体提高视觉测量的精度。     

基于图像的模拟相机标定方法的研究

从光学测量角度出发,结合计算机主动视觉中的相机标定方法及数字图像处理技术,提出了一种CCD摄像系统畸变校正方法.该法通过使用经纬仪,不需相机做任何运动就能实现全过程的标定.该方法在摄像机模型中全面考虑了镜头的径向畸变,利用图像中心附近点畸变量较小的性质,用中心附近点和全场视点对摄像机内部参数和像差修正参数进行标定,最后由最小二乘法得到摄像系统畸变模型的畸变系数,解决了CCD摄像系统的畸变校正问题.与传统的相机标定不同,畸变校正中仅标定数字图像中像素间距和相机焦距.该法运用了亚像素细分算法,提高了测试系统的精度,是一种简单、有效、实用的标定法.