工业相机的传统标定方法

日期:2022-05-21

传统标定方法

传统的相机标定方法依照标定参照物与算法思路能够分为若干类,如基于3D立体靶标的相机标定、基于2D平面靶标的相机标定、及基于径向约束的相机标定等。

1、基于3D立体靶标的相机标定 基于3D立体靶标进行相机标定是将一个3D立体靶标放置在相机前,靶标上每一个小方块的顶点均可当做特征点。每个特征点相对于世界坐标系的位置在制作时应精确测定。相机获得靶标上特征点的图像后,因为表现三维空间坐标系与二维图像坐标系关系的方程是相机内部参数和外部参数的非线性方程,假如忽略摄像机镜头的非线性畸变并把透视变换矩阵中的元素作为未知数,来给定一组三维控制点和对应的图像点,那 ,就可以利用直接线性变换法来求解透视变换矩阵中的各个元素。因此 ,由靶标上特征点的世界坐标和图像坐标,就可以计算出相机的内外参数。

2、基于2D平面靶标的相机标定 该方法又称为张正友标定法,这是一种适合应用的新型灵活方法。该方法要求相机在两个以上不同的方位拍摄一个平面靶标,相机和2D平面靶标都能够自由移动,且内部参数始终不变,假设2D平面靶标在世界坐标系中的Z=0,那 ,通过线性模型分析就可计算出摄像机参数的优化解,然后用基干最大似然法进行非线性求精。在这个过程中得出考虑镜头畸变的目标函数后就可以求出所需的相机内、外部参数。这种标定方法既具有比较好的鲁棒性,又不需昂贵的精制标定块,很有实用性。但,张正友方法在进行线性内外参数估计时,因为假定模板图像上的直线经透视投影后仍然为直线,从而进行图像处理,这样,事实上会引入误差,因此 ,该方法在广角镜畸变比较大的情况误差比较大。

3、基于径向约束的相机标定 Tsai(1986)得出了一种基于径向约束的两步法标定方法,该方法的核心是先利用RAC(径向一致约束)条件用最小二乘法解超定线性方程,以求出除tτ(相机光轴方向的平移)外的其他像机外参数,然后再在相机有和无透镜畸变等这两种情况下求解相机的其他参数。Tsai方法的精度比较高,适用于精密测量,但它对设备的要求也很高,不适用于简单的标定。这种方法的精度是以设备的精度和复杂度为代价的。

工业相机标定能够分为传统的工业相机标定方法和工业相机自标定方法两大类。不依赖于标定参照物,仅利用相机在运动过程中周围环境图像与图像之间的对应关系来对相机进行的标定的方法称为相机自标定方法。目前已有的自标定技术大致能够分为基于主动视觉的相机自标定技术、直接求解Kruppa方程的相机自标定方法、分层逐步标定法、基于二次曲面的自标定方法等几种。

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