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类渐近线特性在摄像机标定中的应用研究

机械设计与制造 2024年第3期 199-204页

作者：许智斌葛动元向文江姚锡凡广西科技大学机械与交通工程学院广西柳州545006 邵阳学院机械与能源工程学院湖南邵阳422004 华南理工大学机械与汽车学院机械广东广州510640

针对机器视觉领域内的摄像机标定,本研究首次根据渐近线的特性引入物理意义,对摄像机的内、外参数进行标定。首先使用6×6的圆孔标定板,计算出摄像机的投影矩阵。然后根据极限的定义,当像平面上投影点p(u,v)在v不变,u趋向正无穷时,光心... 详细信息

针对机器视觉领域内的摄像机标定,本研究首次根据渐近线的特性引入物理意义,对摄像机的内、外参数进行标定。首先使用6×6的圆孔标定板,计算出摄像机的投影矩阵。然后根据极限的定义,当像平面上投影点p(u,v)在v不变,u趋向正无穷时,光心与点p的连线形成类渐近线,该渐进线平行于摄像机坐标系XC轴,在标定时将其作为XC轴。根据这一特性,对得到的投影矩阵进行分解得到摄像机内、外参数。最后依据所提出的方法进行标定实验,得到摄像机投影矩阵以及相应的内、外参数。结果表明,根据该方法得到的标定数据反求特征点的投影坐标,与实际对应的图像特征点存在较小误差;并且得到的内、外参数与Faugeras标定法得到的结果误差较小,符合工程实际的精度要求。

关键词：机器视觉摄像机标定内、外参数渐近线

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基于光偏振信息的摄像机标定方法研究

传感技术学报 2023年第3期36卷 389-396页

作者：张子淼张昊许凯张福民天津职业技术师范大学机械工程学院天津300222 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津大学天津300072

摄像机内参数标定直接影响位姿测量精度。在自然光条件下采集图像,由于光照不均匀,使靶标图像产生局部高亮现象,降低了标定点图像坐标提取精度。针对这一问题,提出一种基于光偏振信息的摄像机标定方法,分两步完成摄像机标定,第1步,使用... 详细信息

摄像机内参数标定直接影响位姿测量精度。在自然光条件下采集图像,由于光照不均匀,使靶标图像产生局部高亮现象,降低了标定点图像坐标提取精度。针对这一问题,提出一种基于光偏振信息的摄像机标定方法,分两步完成摄像机标定,第1步,使用自然光条件下采集的图像完成摄像机标定;第2步,在镜头前加装偏振片,根据第1步得到的标定结果,针对不同偏振角条件下采集得到的图像,计算靶标平面与摄像机像平面之间的2D单应矩阵进而根据相应的重投影误差确定当靶标摆放在不同位置时所对应的最佳偏振角,最终使用该偏振角条件下采集的图像,完成摄像机标定。实验结果表明,该方法可以有效提升摄像机标定精度,进而提升位姿测量精度:在-45°~+45°范围内,平均测量误差低于0.019°,与使用自然光条件下标定参数的位姿测量相比,测量精度提升了0.01°。在0~20 mm范围内,平均测量误差低于0.03 mm,与使用自然光条件下标定参数的位姿测量相比,测量精度提升了0.043 mm。

关键词：摄像机标定偏振角重投影误差位姿测量

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基于断面水边线定向的视频测流摄像机标定

电子与信息学报 2023年

作者：张振姜天生赵丽君程泽河海大学计算机与信息学院

针对现有基于直接线性变化法(DLT)的图像法测流技术依赖于地面控制点，存在效率低、风险高、宽断面天然河流操作难度大等问题，该文提出一种基于断面水边线定向的摄像机姿态角标定方法(CSWO)。该方法将标定过程分解为实验室内参标定和... 详细信息

针对现有基于直接线性变化法(DLT)的图像法测流技术依赖于地面控制点，存在效率低、风险高、宽断面天然河流操作难度大等问题，该文提出一种基于断面水边线定向的摄像机姿态角标定方法(CSWO)。该方法将标定过程分解为实验室内参标定和现场外参标定两步，其中后者又被划分为摄像机定位和定向两个环节。定向环节中首先在摄像机安装时将光轴与断面方向对齐，使方位角置零。然后利用无畸变图像中人工标注的平直断面水边线的斜率计算出横滚角。接下来通过计算水边线与图像纵轴交点作为其亚像素像方坐标。最后依据透视投影成像模型，联合水位与插值断面高程求得的物方坐标解算出俯仰角。该方法应用于时空图像测速法(STIV)，实现了200 m宽河流的免像控表面流速测量。结果表明：起点距的最大绝对误差为0.59 m，最大相对误差为0.45%，表面流速的最大相对误差小于6.3%。

关键词：表面流速测量 STIV 免控制点摄像机标定断面水边线

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摄像机标定的棋盘格模板的改进和自动识别

仪器仪表学报 2012年第5期33卷 1102-1109页

作者：张浩鹏王宗义吴攀超林欣堂哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

为了克服在摄像机标定过程中需要使用者给出标定模板的附加信息,或全自动标定点识别算法在遮挡、不均匀照明、大视角和摄像机镜头畸变情况下不能检测出标定点的缺点,提出一种改进的基于基准点标记的棋盘格模板以及相应的全自动识别算法... 详细信息

为了克服在摄像机标定过程中需要使用者给出标定模板的附加信息,或全自动标定点识别算法在遮挡、不均匀照明、大视角和摄像机镜头畸变情况下不能检测出标定点的缺点,提出一种改进的基于基准点标记的棋盘格模板以及相应的全自动识别算法。新的摄像机标定模板以基准点标记代替传统棋盘格的黑白方块,从而使全自动识别算法识别出标记的位置。利用模板中标记按照标记ID从小到大的顺序排列的先验知识,估计丢失的标定点位置。为了提高丢失标定点在图像中初始位置的估计,算法估计径向畸变参数,从而克服了畸变对识别的影响。为了提高标定点的定位精度,利用高精度的鞍点检测器,从而标定点的定位精度小于0.05像素。为了检测鞍点的有效性,算法提出2种滤波准则,最终得到有效的标定点。识别算法是有效的且不需要任何参数。实验结果表明,对于同样的摄像机和背景,使用改进的棋盘格模板及其识别算法获得的标定点进行摄像机标定的投影误差比ARTag减少70%。

关键词：标定点检测全自动识别棋盘格模板摄像机标定

一种基于混沌天牛须搜索算法的摄像机标定方法

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计算机应用与软件 2023年第4期40卷 269-274,288页

作者：范山城倪受东张宏峰南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京210000

为了较好地解决传统智能优化方法在摄像机标定中存在标定精度低、效率和鲁棒性差的问题,提出一种基于混沌天牛须搜索算法的摄像机标定方法。该方法使用MATLAB标定工具箱对摄像机非线性成像模型进行预标定,预标定结果作为混沌天牛须搜索... 详细信息

为了较好地解决传统智能优化方法在摄像机标定中存在标定精度低、效率和鲁棒性差的问题,提出一种基于混沌天牛须搜索算法的摄像机标定方法。该方法使用MATLAB标定工具箱对摄像机非线性成像模型进行预标定,预标定结果作为混沌天牛须搜索算法的初始值;构造平均重投影误差适应度函数,建立混沌天牛须搜索算法优化模型对标定参数进行优化;与基于传统智能优化方法的摄像机标定方法进行实验对比。实验结果表明,该方法得到的平均重投影误差为0.00572像素,算法总的运行时间为46.15 s,可以有效提高摄像机标定的精度、鲁棒性与效率。

关键词：摄像机标定摄像机标定参数非线性成像混沌天牛须搜索算法

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一种基于克里格算法的单目摄像机标定方法

一种基于克里格算法的单目摄像机标定方法

作者：刘闯长春师范大学

学位级别：硕士

摄像机标定是三维重建的重要步骤之一,也是视觉测量的基础。高精度的摄像机标定可以提高计算机视觉测量系统的精度,而影响摄像机标定精度的主要是镜头畸变,因此提出一个精确的镜头畸变数学模型显得尤为重要。迄今为止,研究者提出了许多... 详细信息

摄像机标定是三维重建的重要步骤之一,也是视觉测量的基础。高精度的摄像机标定可以提高计算机视觉测量系统的精度,而影响摄像机标定精度的主要是镜头畸变,因此提出一个精确的镜头畸变数学模型显得尤为重要。迄今为止,研究者提出了许多经典的算法。在传统标定方法中,一般通过校正镜头的径向和切向畸变消除图像失真,但由于畸变具有随机性,上述固定的畸变校正模型不能准确地描述图像的畸变分布。本文针对这些方法的缺点,提出了一种通过畸变校正模型来提高摄像机标定精度的方法。首先定义适应该场景的世界坐标,由于镜头中心的畸变相对较小,通常可以忽略,因此利用图像中心450×450像素区域的角点坐标进行标定,得到准确的无畸变线性模型。然后利用该线性模型计算出角点在像素平面的理想坐标,通过Harris角点检测算法得到角点的实际像素坐标,计算理想像素坐标与实际像素坐标之间的偏差,取多组数据形成偏差分布点云。最后利用普通克里格插值算法得到一个连续的偏差分布函数,以此为基础建立畸变校正模型,进而生成畸变校正曲面,通过该曲面可以准确地校正相机图像平面上所有像素点的畸变。在完成对相机畸变的校正后,结合无畸变线性模型,可以将所有二维图像点精确地投影到三维空间中。反投影误差实验结果表明,本文方法的精度要优于传统标定方法。在测量实验中,提出了一种平行线测距法对标定板方格的宽度进行测量,结果表明,本文方法具有更高的精度和稳定性,适合实际测量需求。

关键词：摄像机标定畸变校正克里格插值

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摄像机标定中亚像素级角点检测算法

焊接学报 2006年第2期27卷 102-104页

作者：梁志敏高洪明王志江吴林哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

针对摄像机标定模板图像的角点检测问题,提出了两种简便而有效的亚像素级精度的提取算法。先用传统的Harris算子检测出像素级的角点坐标,然后再求取亚像素级角点坐标。一种方法是用二次多项式去逼近周围3×3领域内的角点反应函数,用线... 详细信息

针对摄像机标定模板图像的角点检测问题,提出了两种简便而有效的亚像素级精度的提取算法。先用传统的Harris算子检测出像素级的角点坐标,然后再求取亚像素级角点坐标。一种方法是用二次多项式去逼近周围3×3领域内的角点反应函数,用线性解法求得亚像素级角点坐标;另一种方法是从亚像素角点到周围像素点的矢量应垂直于图像的灰度梯度这个观察事实得到的,通过最小化误差函数的迭代方法来获得亚像素级精度的坐标值。文中提出的亚像素级角点检测方法定位精度高,摄像机标定试验中,得到的重投影平均偏差小于0.15个像素。

关键词：亚像索角点检测 Harris算子摄像机标定

摄像机标定技术在活塞视觉检测与分选中的应用研究

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光学技术 2007年第S1期33卷 257-260页

作者：焦圣喜韩立强岳晓峰吕清涛中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春工业大学长春130012 中国科学院研究生院

在机器人视觉检测及自动化分捡中,准确地校正摄像机镜头畸变对获取物体精确图像及确定物体准确位置具有重要意义。采用了带有径向畸变的小孔摄像机模型及基于线段斜率的标定方法。在标定过程中,应用线性算法求解出了镜头的径向畸变系数... 详细信息

在机器人视觉检测及自动化分捡中,准确地校正摄像机镜头畸变对获取物体精确图像及确定物体准确位置具有重要意义。采用了带有径向畸变的小孔摄像机模型及基于线段斜率的标定方法。在标定过程中,应用线性算法求解出了镜头的径向畸变系数。实验表明,采用的标定方法简捷有效,其标定结果能够满足研究需要。

关键词：摄像机标定径向畸变线性算法视觉伺服

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摄像机标定中特征点的一种自动对应方法

光电子．激光 2011年第5期22卷 736-739页

作者：谭海曙周富强张伟王宇华李学夔于昕梅周月霞佛山科学技术学院电子信息工程系 528000 北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室北京100191

基于计算几何理论中Delaunay三角化原理,提出了一种对具有阵列网络结构的靶标特征点的图像坐标与世界坐标进行自动对应方法。通过对图像处理获取的特征点进行Delaunay三角化预处理,并去除冗余三角形,得到相邻特征点之间的几何连接关系,... 详细信息

基于计算几何理论中Delaunay三角化原理,提出了一种对具有阵列网络结构的靶标特征点的图像坐标与世界坐标进行自动对应方法。通过对图像处理获取的特征点进行Delaunay三角化预处理,并去除冗余三角形,得到相邻特征点之间的几何连接关系,利用特征点之间的连接关系实现阵列网络结构的靶标特征点的图像坐标与世界坐标的对应。实验表明,提出的特征点图像坐标与世界坐标的自动对应方法实现简单,鲁棒性强,对镜头畸变不敏感,在拍摄倾角大、靶标被遮挡、内部特征点缺失的情况下对应结果仍很好,特别适合摄像机的在线自动标定。

关键词：摄像机标定 Delaunay三角化特征点对应