Halcon学习（二十二）摄像机标定（函数详解）

摄像机标定程序：

注意： E:/calibration_image ：为标定图像文件路径

      'E:/calibration_description/caltab_123mm.descr：为标定描述文件路径

*作者：骑蚂蚁上高速

*程序开始

list_files ('E:/calibration_image', 'files', ImageFiles)

TmpCtrl_AllMarkRows := []

TmpCtrl_AllMarkColumns := []

TmpCtrl_StartPoses := []

TmpCtrl_ReferenceIndex := 0

StartParameters := [0.008,0,5.2e-006,5.2e-006,640,512,1280,1024]

for Index := 0 to |ImageFiles|-1 by 1

    read_image (Image, ImageFiles[Index])

    find_caltab (Image, TmpObj_PlateRegion, 'E:/calibration_description/caltab_123mm.descr', 3, 112, 5)

    find_marks_and_pose (Image, TmpObj_PlateRegion, 'E:/calibration_description/caltab_123mm.descr', StartParameters, 128, 10, 18, 0.9, 15, 100, TmpCtrl_MarkRows, TmpCtrl_MarkColumns, TmpCtrl_EstimatedPose)

    TmpCtrl_AllMarkRows := [TmpCtrl_AllMarkRows, TmpCtrl_MarkRows]

    TmpCtrl_AllMarkColumns := [TmpCtrl_AllMarkColumns, TmpCtrl_MarkColumns]

    TmpCtrl_StartPoses := [TmpCtrl_StartPoses, TmpCtrl_EstimatedPose]

endfor

caltab_points ('E:/calibration_description/caltab_123mm.descr', TmpCtrl_X, TmpCtrl_Y, TmpCtrl_Z)

camera_calibration (TmpCtrl_X, TmpCtrl_Y, TmpCtrl_Z, TmpCtrl_AllMarkRows, TmpCtrl_AllMarkColumns, StartParameters, TmpCtrl_StartPoses, 'all', CameraParameters, TmpCtrl_FinalPoses, TmpCtrl_Errors)

tuple_select_range (TmpCtrl_FinalPoses, 7*TmpCtrl_ReferenceIndex, 7*TmpCtrl_ReferenceIndex + 6, CameraPose)

set_origin_pose (CameraPose, 0.0, 0.0, 0.001, CameraPose)

stop ()

一、读入图像，函数如下

list_files ('E:/calibration_image', 'files', ImageFiles)

for Index := 0 to |ImageFiles|-1 by 1

    read_image(Image, ImageFiles[Index])

endfor

注释： 'E:/calibration_image':为图像路径， 图像文件索引是从0开始的，所以 |ImageFiles|（文件数量）减去1。

算子：read_image(:Image :FileName):读取名称为FileName的图像Image。

二、提取图像Images中标定板上的圆形标志来确定标定板的有效区域，算子如下：

find_caltab（Image:Caltab:CalTabDescrFile，SizeGauss，Mark Thresh，MinDiamMarks:）

    

确定标定板上圆形标志点的二维坐标，并得到摄像机外部参数的初始值，算子如下：

find_marks_and_pose （Image， CalTabRegion: :CalTabDescrFile ，StartCamParam ，StartTh resh，                            DeltaThresh，MinThresh，Alpha，MinContLength，Max DiamMarks:Rcoord，Ccoord，                        StartPose）

   

注释：函数find_caltab在图像中寻找标定板是基于标定板的特征——在一个亮的区域中存在黑色标定点。首先使用高斯滤波器进行图像平滑。参数SizeGauss确定高斯滤波器的尺寸。SizeGauss值越大进行图像平滑的幅度就越大，这在图像噪声比较大时是必要的。在进行图像平滑操作后，为了寻找标定板的位置，我们进行一个阈值分割，可以参考灰度直方图，灰度值范围由最小值MarkThresh到最大值255，因此，MarkThresh必须小于标定板上白色区域的灰度值，并且最好大于图像中其他大范围较亮的区域的灰度值。在阈值分割得到的多个区域中，其中包含孔的数量最符合标定板上标定点数量的凸状区域被选中。为了减少噪声影响，直径小于MinDiamMarks的孔将被除去。标志点的数量可以从标定板描述文件（CalTabDescrFile）中读出。

    函数find_marks_and_pose提取标定板 上各个标志点,并精确得到它们在图像坐标 系中的坐标。上面我们已经通过函数find_ca ltab找到了标定板的区域,这时我们首先在 输入图像Image的这个区域(CalTabRegion) 中应用边缘检测。这个边缘检测通过参数Al pha进行控制。Alpha的值越大 ,边缘检测的 灵敏度也就越高,这将使边缘检测时找到更 多的细节,但同时对噪声的抑制能力下降。 在边缘图像中,提取出封闭的轮廓线。为了 更准确的寻找轮廓线,对边缘的振幅进行一 个阀值操作。所有振幅高的点(标定点的边 界)都被选中。首先,这个阀值设置为StartTh

resh。如果寻找封闭轮廓线或估计位姿失 败,这个阀值接连地减DeltaThresh 直到阀 值降低到最小值MinThresh。

    闭合的轮廓线的数量必须与标定板描述文件(CalTabDescrFile)中描述的标志点的数量一致,并且这些闭合轮廓线的形状必须是椭圆状的。长度比MinContLength 短的轮廓线或者轮廓线形成区域的直径大MaxDiamMarks(如标定板的外框)的,这些轮廓线将被忽略抛弃。

三、保存坐标值

TmpCtrl_AllMarkRows := []

TmpCtrl_AllMarkColumns := []

TmpCtrl_StartPoses := []

TmpCtrl_AllMarkRows := [TmpCtrl_AllMarkRows, TmpCtrl_MarkRows]

TmpCtrl_AllMarkColumns := [TmpCtrl_AllMarkColumns, TmpCtrl_MarkColumns]

TmpCtrl_StartPoses := [TmpCtrl_StartPoses, TmpCtrl_EstimatedPose]

注释：标定点的在图像坐标系中的坐标存储 

在两个数组中,第一个数组存储所有点的行

 

坐标,第二个数组存储所有点的列坐标,并

 

且要保证两个数组的值一一对应。这些数组

 

的长度取决于标定板上标定点的个数以及

 

拍摄的标定图像的数量。它们的存储顺序是 

按照图像顺序排列的,也就是说刚开始的m

 

个值存储的是第一幅图像中m个标定点的

 

坐标值,这个顺序和函数caltab_points返回

 

的数组X,Y,Z中的存储顺序是一致的。

四、摄像机标定输入参数

StartParameters := [0.008,0,5.2e-006,5.2e-006,640,512,1280,1024]

    初始值 摄像机标定是一个非常复杂的非线性 优化的问题,因此就需要为摄像机的参数提 供尽量精确的初始值。摄像机内部参数的初 始值主要由CCD传感器和镜头的说明书确 定。面阵摄像机的内参初始值可以输入一个

数 组 [f,k,Sx,Sy,Cx,Cy,NumColumns,Nu mRows]也就是说 ,不仅要提供摄像机的初 始内参,还要提供图像的宽(NumColumns) 和高(NumRows)。

  

五、确定摄像机的内参，误差分析，算子如下

camera_calibration（: :NX，NY，NZ，Nrow， Ncol，StartCamParam，                                                        NstartPose， EstimateParams:CamParam，Nfinal Pose，Errors）

函数如下：

caltab_points ('E:/calibration_description/caltab_123mm.descr', TmpCtrl_X, TmpCtrl_Y, TmpCtrl_Z)

camera_calibration (TmpCtrl_X, TmpCtrl_Y, TmpCtrl_Z, TmpCtrl_AllMarkRows, TmpCtrl_AllMarkColumns,                     StartParameters, TmpCtrl_StartPoses, 'all', CameraParameters,                                     TmpCtrl_FinalPoses, TmpCtrl_Errors)

    

    在给定了摄像机的内外参数的初始值 之后,已知三维位置的标定点可以转换到摄 像机坐标系中。然后,寻求一组摄像机的参 数可以使通过计算投影到图像上的标定点 坐标和直接从图像中提取出的标定点的坐 标的距离最小。 这个最小化的过程将返回相当精确的 摄像机参数。然而,为了获得最高精度的摄 像机参数,需要拍摄标定板的多幅图像,在 拍摄时,标定板被放置在图像的不同位置并 且旋转的角度也不同,以致于使用外部方位 的所有自由度。 如果拍摄一幅包含标定板的图像,最优 化的参数包括摄像机的内参和一组外参。此 时,最优化的目标是确定所有这些参数能够 满足每幅图中通过投影计算得到的点坐标 和图像中直接提取的坐标值距离最小。在H ALCON中 ,使用 camera_calibration 函数就 是实现这个功能。

 

六、选择某幅图像作为参考位姿，确定摄像机外参

TmpCtrl_ReferenceIndex := 0

注释： TmpCtrl_ReferenceIndex： 为将要设置为参考位姿势的图像。0代表第一张。1代表第二张。以此类推。

tuple_select_range (TmpCtrl_FinalPoses, 7*TmpCtrl_ReferenceIndex, 7*TmpCtrl_ReferenceIndex + 6, CameraPose)

set_origin_pose (CameraPose, 0.0, 0.0, 0.001, CameraPose)

注释： tuple_select_range： 进行数组选择。

      set_origin_pose   ： 计算摄像机外部参数。

参考文献： “基于halcon软件的摄像机标定” 闫霞，牛建强 (河南科技大学电子信息工程学院)