零失真相机标定

简介：零失真相机标定和图像矫正技术，或称“相机2.0”，可以一次性完全消除相机每一个像素的几何误差和色差。

标定原理：LCD显示器的每个像素都可以作为参考点，用于标定相机。相移光栅可以使LCD每一个像素都获得唯一相位编码。通过显示和抓拍一组相移光栅图，可以建立LCD像素与相机像素之间点对点的映射关系。相机每个像素在LCD上有一个视点，所有视点一起构成了有畸变的视场。可以在该视场中构建一个虚拟传感器，则每个虚拟像素点与物理像素视点之间的关系就确定了。虚拟点的亮度将仅由与其相邻的四个物理视点的亮度通过加权平均唯一确定。只要对原图作简单重采样，就可以得到零失真的虚拟图像。
将LCD放在空间的两个不同的已知位置，就可以标定出相机每个像素在空间的矢量位置和方向。双目视觉中两个相机各有一个像素可以看到物体表面的同一点，也即这两个像素矢量在空间交于物体上这一点。由矢量相交公式就可以算出这点的三维坐标。由此得到物体表面的三维点云。
任何成像设备都被当作“成像灰盒”，只需要标定其外部特性，而无需知道其内部的任何信息：如镜头的机械和光路结构，传感器或成像器在设备内部的六自由度位置和姿态、尺寸等等。无需建立任何数学模型。

标定方法：在LCD显示器上显示一组相移光栅，相机抓拍对应的图像。由相机标定程序计算出每一个像素的矫正参数IMP。在需要得到像素空间矢量时，可以把LCD或相机放在线性滑轨上，移放在任意两个位置即可。

图像矫正：使用矫正参数IMP对新拍到的图像做重采样。输出图像就是零失真的。

标定精度：每一个像素的误差均值为零，误差均方差可小于1/1,000像素点距。彩色相机每点都是零色差。

三维重建：用零失真相机得到的3D点云，每一点的三维误差，均值都是零，均方差可小于1/1,000 点距。

应用对象：适用于所有镜头：如普通镜头、远光镜头、平移-倾斜镜头等等。任何成像设备都被当作“成像灰盒”，无需知道相机内部的任何信息：如镜头的机械和光路结构，传感器尺寸等等。多光谱相机频谱可从紫外到长波红外、热成像。

投影仪标定: 使用标定过的相机对投影仪作标定，可以使投影仪成为零失真的，即每一个像素是零几何误差、零色差。

兼容性：向后兼容所有相机模型。对已经在使用的相机数学模型，只要将所有的误差系数设为零，将矫正后的图像作为输入即可。

结论·：“相机2.0”标定技术是相机、投影仪等所有成像设备的终极解决方案，因为它使成像设备每一个像素点的几何畸变和色差直接标定到零， 而不论其光学、机械结构有多复杂。这是成像设备领域的一次革命性突破。它将完全取代所有的相机标定原理和方法，例如在MATLAB，OpenCV 等软件中使用的工具包和函数库等。

应用：“相机2.0”免费开源。开发工具SDK，C++ API等已在陆续发布和更新。

技术支持：对学校、研发单位、个人等提供免费技术支持和标定服务。

动手实现DIY：找一台LCD显示器或电视机；下载光栅图；固定相机和LCD；显示和抓拍光栅图；上载图像；得到相机矫正参数；运行可执行程序或集成C++ API等。这台相机将是零畸变、零色差的。

联系：Arthur Yang [email protected]
www.MaySolutionsLLC.com

参考：“相机2.0”原理、样本程序 、API 。