一种摄像机标定系统设计与实现.doc

一种摄像机标定系统设计与实现 　　摘要：对摄像机标定系统进行研究和设计，给出了基于Matlab的单个摄像机标定和立体标定的流程和实现方法，给出了基于棋盘格长度的标定精度方法的实现步骤。该标定系统具有简单、快捷、精度高等优点，是一种简便实用的标定方法。 　　关键词：摄像机；标定；Matlab 　　中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)03-0681-03 　　Design and Realization of a Kind of Camera Calibration System 　　WANG Jian-hua1,2, FENG Fan1, LIANG Wei2，WANG Hui-ping1 　　(1.Dept. of Computer, Bethune Nursing Officier School, Shijiazhuang 050081, China; 2.Dept. of Optics and Electric Engineering ,Ord? nance Military College, Shijiazhuang 050003, China) 　　Abstract: A kind of camera calibration system is studied and designed. Scheme and realization method of single camera calibration and ste? reo calibration based on Matlab is proposed. The realization course of calibration accuracy evaluation method based on length of checkers is given. This calibration system is easy to implement and takes on high accuracy, and it is a kind of convenient and applied calibration method. Key words: camera; calibration; Matlab 　　摄像机标定[1-2]是指利用数学方法求解摄像机的内部参数和外部参数，确定空间三维物点到图像二维像点的对应映射关系，是利用计算机视觉进行三维测量计算的前提和基础。目前在摄像机标定算法中，两步法[3]应用最为广泛。本文在此基础上，设计并实现了一种简易的摄像机标定系统，在Matlab编程环境下实现了单个摄像标定及摄像机间的立体标定，给出了程序摄像机的流程。此外，给出了基于棋盘格长度的标定精度评估方法和具体的实现过程。将该标定系统应用于三维交会测量系统中，实验结果表明，该标定系统具有简单、快捷、精度高等优点，是一种简便实用的标定方法。 　　 1标定系统的硬件组成 　　该标定系统采用的标定方法只要求绘制一个具有精确定位点阵的模板。然后摄像机在不同方位获取平面模板的图像，通过确定图像和模板上角点的匹配计算出图像和模板之间的单应矩阵，然后利用该单应矩阵线性解出摄像机内部参数。因此，标定系统的硬件组成包括：9×9的黑白相间棋盘格模板，每个棋盘格大小为50×50mm；两型号为MTV-1881EX的CCD摄像机，图像采集卡采用Daheng QP-300。 　　 2单个摄像机标定的设计与实现 　　单个摄像机标定需要标定的参数包括：摄像机的有效焦距、主点坐标、畸变系数和摄像机坐标系相对于标定模板上的世界坐标系的平移和旋转矩阵。单个摄像机的具体工作流程如下。 　　1）获取图像。两摄像机固定好后，首先在两摄像机的可视范围内，获取标定模板在不同方位的5至7幅图像。此时，必须保证两摄像机同时获取同一位置的图像，并且把两摄像机分为左摄像机和右摄像机，左右两摄像机获取的图像命名规则是：基名＋A、基名＋B，基名是保存图像时输入的名字，图像文件的扩展名可以为bmp、jpg、tif等格式。将获取的标定图像保存在同一路径下，以便标定用。 　　2）读入标定图像。根据操作人员指定的图像名称和路径，搜索图像文件，将其读入计算机内存并以略图的形式显示出来。 　　3）角点提取。角点提取是提取标定模板图像中各棋盘格角点的像素坐标，由此确定模板平面与其所成图像之间的单应矩阵。针对每幅标定图像，首先单击靠近带三角标志的棋盘格角点，以建立世界坐标系的原点，再依次顺时针或逆时针点击其余三个关键角点。此处，具体的确定角点坐标的方法是以鼠标点击的位置作为中心，根据灰度值的变化情况在一个小的矩形区域内搜索精确的坐标值，应用4个关键角点的精确坐标确定单应矩阵的初值