|
為了提高計算精度。通過十多年的不懈努力，理論上的問題已基本解決，目前研究的重點是如何提高標定算法的魯棒性以及如何很好地用這些理論來解決實際視覺問題。為了提高魯棒性，建議更多的使用分層逐步自標定方法，并應對自標定的結果進行線性優(yōu)化。還需確定非線性畸變校正參數(shù)。而新的比較符合攝像機成像物理模型且又便于分析計算的實用模型是條另辟蹊徑的發(fā)展方向。攝像機自標定相對于激進方法有更好的靈活性和實用性，本文對基于機器視覺的攝像機標定理論與各種方法進行了研究。保守的攝像機標定需要標定參照物。
以由此重建和識別物體。而空間物體外表某點的三維幾何位置與其在圖像中對應點之間的相互關系是由攝像機成像的幾何模型決定的這些幾何模型參數(shù)就是攝像機參數(shù)。大多數(shù)條件下，機器視覺的基本任務之一是從攝像機獲取圖像信息并計算三維空間中物體的幾何信息。這些參數(shù)必需通過實驗與計算才干得到這個過程被稱為攝像機定標(或稱為標定)標定過程就是確定攝像機的幾何和光學參數(shù)，以及攝像機相對于世界坐標系的方位。由于標定精度的大小，直接影響著計算機視覺(機器視覺)精度。因此，只有做好了攝像機標定工作，后續(xù)工作才干正常展開，可以說，提高標定精度也是當前科研工作的重要方面。
1攝像機透視投影模型
這個投影可用成像變換(即攝像機成像模型)來描述。攝像機成像模型分為線形模型和非線性模型。針孔成像模型就屬于線形攝像機模型，攝像機通過成像透鏡將三維場景投影到攝像機二維像平面上。本文就討論在這種模型下，某空間點與其圖像投影點在各種坐標系下的變換關系。
2標定分類
攝像機標定可以分為保守的攝像機標定方法和攝像機自標定方法兩大類。激進攝像機標定的基本方法是一定的攝像機模型下，總的來說。通過對特定標定參照物進行圖像處置，并利用一系列數(shù)學變換公式計算及優(yōu)化，來求取攝像機模型內部參數(shù)和外部參數(shù)。然而，該方法在場景未知和攝像機任意運動的一般情況下，其標定很難實現(xiàn)。20世紀90年代初，F(xiàn)augeraLuongMaybank等人首次提出了攝像機自標定方法。這種自標定法利用攝像機自身參數(shù)之間的約束關系來標定，而與場景和攝像機的運動無關，所以更為靈活。
3激進攝像機標定方法
如基于3D立體靶標的攝像機標定、基于2D平面靶標的攝像機標定、以及基于徑向約束的攝像機標定等。保守的攝像機標定方法依照標定參照物與算法思路可以分成若干類。
3.1基于3D立體靶標的攝像機標定
靶標上每一個小方塊的頂點均可作為特征點。每個特征點相對于世界坐標系的位置在制作時應精確測定。攝像機獲得靶標上特征點的圖像后，基于3D立體靶標進行攝像機標定是將一個3D立體靶標放置在攝像機前。由于表示三維空間坐標系與二維圖像坐標系關系的方程是攝像機內部參數(shù)和外部參數(shù)的非線性方程，如果忽略攝像機鏡頭的非線性畸變并把透視變換矩陣中的元素作為未知數(shù)，來給定一組三維控制點和對應的圖像點，那么，就可以利用直接線性變換法來求解透視變換矩陣中的各個元素。所以，由靶標上特征點的世界坐標和圖像坐標，即可計算出攝像機的內外參數(shù)。
3.2基于2D平面靶標的攝像機標定
這是一種適合應用的新型靈活方法。該方法要求攝像機在兩個以上不同的方位拍攝一個平面靶標，該方法又稱為張正友標定法。攝像機和2D平面靶標都可以自由移動，且內部參數(shù)始終不變，假定2D平面靶標在世界坐標系中的Z=0那么，通過線性模型分析就可計算出攝像機參數(shù)的優(yōu)化解，然后用基干最大似然法進行非線性求精。這個過程中得出考慮鏡頭畸變的目標函數(shù)后就可以求出所需的攝像機內、外部參數(shù)。這種標定方法既具有較好的魯棒性，又不需昂貴的精制標定塊，很有實用性。但是張正友方法在進行線性內外參數(shù)估計時，由于假定模板圖像上的直線經(jīng)透視投影后仍然為直線，進而進行圖像處置，這樣，實際上會引入誤差，所以，嘎方法在廣角鏡畸變比較大的情況誤差較大。
3.3基于徑向約束的攝像機標定
該方法的核心是先利用RA C徑向一致約束)條件用最小二乘法解超定線性方程，Tsai1986給出了一種基于徑向約束的兩步法標定方法。以求出除tτ(攝像機光軸方向的平移)外的其他像機外參數(shù)，然后再在攝像機有和無透鏡畸變等兩種情況下求解攝像機的其他參數(shù)。Tsai方法的精度比較高，適用于精密測量，但它對設備的要求也很高，不適用于簡單的標定。這種方法的精度是以設備的精度和復雜度為代價的
4攝像機自標定方法
僅利用攝像機在運動過程中周圍環(huán)境圖像與圖像之間的對應關系來對攝像機進行的標定的方法稱為攝像機自標定方法。目前已有的自標定技術大致可以分為基于主動視覺的攝像機自標定技術、直接求解Kruppa方程的攝像機自標定方法、分層逐步標定法、基于二次曲面的自標定方法等幾種。不依賴于標定參照物。
|
