相机标定

资料:https://www.cnblogs.com/li-yao7758258/p/5929145.html

一、成像质量

1.1特定焦段最佳成像距离

有资料显示镜头的最佳成像距离是镜头焦距的30~50倍,画面中清晰范围比较少就是小景深;大景深就是画面中清晰范围比较大的时候叫做大景深。影响景深的大小有光圈、焦距。光圈是一个控制镜头通光量的装置(越大图像亮度和分辨率越高,且景深越小),当我们在拍摄的时候,光圈越大,景深越大;光圈、主体不变的情况下,焦距越短景深越大即画面清晰范围比较大,镜头焦距段越长景深越小即清晰范围比较小;光圈、焦距段保持不变的情况下,如果想要改变景深,只有一个办法是通过被摄主体距离镜头的距离来控制了,距离越远,画面中的前后清晰范围就越大,反之当你距离很近的时候,前后的清晰范围也就相对的变小了。所以理论上讲,长焦段的某种程度上可以实现景深的效果,可以把拍摄目标与背景分割,以减小错误识别。

1.2图片清晰度的解释

跟芯片类型(CCD芯片优于CMOS芯片),芯片感光面积,以及镜头和其他光学硬件都有关系,不能只单看像素值。而且清晰度和高质量(比如机器视觉中能获取每一个像素值的信息)不是相同概念。

感光器的面积越大,单个像素点的尺寸越大,感光性能越好,捕捉的光子信息越多,信噪比越低,成像质量越好

1.3辅助光源

相同工业相机及镜头参数条件下,照明光源的广波波长越短,得到的图像分辨率越高。

二、相机标定


在图像测量过程以及机器视觉应用中,为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系,必须建立相机成像的几何模型,这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到,这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。但是畸变不影响图像的清晰度。

相机的标定主要有两种方法     :摄像头标定方法和摄像头自标定方法,典型的有:(1)Tsai(传统的标定方法)  (2)张正友(介于传统与自标定方法之间)张正友标定法由于很简单

所以得到广泛 的应用,张正友标定法的步骤:

1、打印一张模板并贴在一个平面上;

2、从不同角度拍摄若干张模板图像;

3、检测出图像中的特征点;

4、求出摄像机的外参数(单应性矩阵)和内参数(最大似然估计) ;

5、求出畸变系数;

 6、优化求精。

具体步骤为:

1.在matlab中打开camera calibrator(输入棋盘格的实际单格长度)

2.添加多张棋盘格(图片大小要一致,数量20为佳,拍摄时:标定模板给固定,改变手机的远近距离、角度、位置)加入完成后点击Calibrate

然后点击左下的show undistorted 和 show original 可观察两幅图片校准前后的差别.

3.点击Export Camera保存参数(返回到命令窗口,即可看到相机参数,在命令行输入cameraParams1.IntrinsicMatrix   可得到内参矩阵和径向畸变cameraParams.RadialDistortion)

方法二:

https://blog.csdn.net/jameshater/article/details/53172333

得到标定后的参数后,可以用opencv加这些参数来消除畸变.

相关资料

1.1世界坐标系

    世界坐标系也称为测量坐标系,是一个三维直角坐标系,以其为基准可以描述相机和待测物体的空间位置。世界坐标系的位置可以根据实际情况自由确定。

1.2 相机坐标系

    相机坐标系也是一个三维直角坐标系,原点位于镜头光心处,x、y轴分别与相面的两边平行,z轴为镜头光轴,与像平面垂直。

  1.3像素坐标系(pixel coordinate)

    像素坐标系uov是一个二维直角坐标系,反映了相机CCD/CMOS芯片中像素的排列情况。原点o位于图像的左上角,u轴、v轴分别于像面的两边平行。像素坐标系中坐标轴的单位是像素(整数)。

    像素坐标系不利于坐标变换,因此需要建立图像坐标系XOY,其坐标轴的单位通常为毫米(mm),原点是相机光轴与相面的交点(称为主点),即图像的中心点,X轴、Y轴分别与u轴、v轴平行。故两个坐标系实际是平移关系,即可以通过平移就可得到。

图像坐标系(x,y)至像素坐标系(u,v)

(根据小孔成像原理,图像坐标系应在相机坐标系的另一边,为倒立反向成像,但为方便理解和计算,故投影至同侧。)

根据三角形相似性原理得:

三、世界坐标系(Xw,Yw,Zw)至相机坐标系(Xc,Yc,Zc)

相机的畸变有径向畸变和切向畸变(包括枕形畸变和桶形畸变)

径向畸变是由于镜头的凸透形状造成的,即固有特性无法消除,主要可通过硬件和软件消除,如硬件上采用高质量的光学玻璃及镜片组优化设计(价格因素),软件上用matlab或opencv后期进行畸变矫正。

切向畸变主要由于相机安装过程中产生的,即透镜本身和传感器平面不平行造成的。

2、切向畸变来自于整个摄像机的组装过程

畸变还有其他类型的畸变,但是没有径向畸变、切向畸变显著

切向畸变是由于透镜制造上的缺陷使得透镜本身与图像平面不平行而产生的。

切向畸变可分为:薄透镜畸变、离心畸变

张正友的方法只考虑了径向畸变,没有考虑切向畸变,同样的,Tasi畸变模型同张氏畸变模型类似,也只考虑了径向畸变。

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