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一种基于OpenCV的摄像机标定算法的研究与实现

一种基于OpenCV的摄像机标定算法的研究与实现

作者:孙昆 穆森 邱桂苹 赵倩

来源:《电子世界》2012年第14期

【摘要】摄像机标定是计算机视觉中的一个重要问题。本文介绍了标定的基本原理,详尽阐述了使用二维模板的标定算法,重点分析了如何借助开源软件OpenCV实现该算法。实验结果显示,使用OpenCV中的相关函数,可以方便地进行数学计算,简单有效地完成摄像机标定。

【关键词】摄像机标定;内部参数;单应性矩阵;OpenCV

1.引言

计算机视觉的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息,并由此重建和识别物体。而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是由摄像机成像的几何模型决定的,这些几何模型参数就是摄像机参数。

摄像机标定是确定摄像机内外参数的一个过程,其中内参数的标定是指确定摄像机固有的、与位置参数无关的内部几何与光学参数,包括图像中心坐标(也称主点坐标)、图像纵横比、相机的有效焦距和透镜的畸变失真系数等;外参数的标定是确定摄像机坐标系相对某一世界坐标系的三维位置和方向关系。

目前,摄像机标定技术主要有两种实现方法:

(1)基于标定物的方法:需要尺寸已知的标定参照物,通过建立标定物上三维坐标已知点与其图像点之间的对应,利用一定的算法获得摄像机的内外参数。标定物可以是三维的,也可以是二维共面的。三维标定物条件下,只需一幅图像就可以求出摄像机的全部内外参数。但三维标定物的加工和维护比较困难。二维共面标定物加工维护简单,但一幅图像不足以标出所有的摄像机参数,因此需要简化摄像机模型,或者从不同角度获取多幅图像来同时标出所有的参数。当应用场合要求的精度很高而且摄像机的参数不经常变化时,这种标定法应为首选。

(2)自标定法:不需要标定物,仅依靠多幅图像对应点之间的关系直接进行标定。利用了摄像机内部参数自身的约束,而与场景和摄像机运动无关。该方法非常灵活,但不是很成熟,由于未知参数太多,很难得到稳定的结果。主要用于精度要求不高的场合。本文首先介绍摄像机模型及标定的基本原理,接下来研究使用简单的二维模板的标定算

法,最后分析如何借助开源软件OpenCV实现算法。

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