MATLAB 相机标定中标定板角点像素坐标系到世界坐标系的转换

matlab 做相机标定后,想将第一张(任意一张都行)标定板角点所对应的像素坐标转换到世界坐标系下,标定板角点的像素坐标真值与世界坐标真值都非常容易获得,但是我通过内外参矩阵将像素坐标转换到世界坐标有很大的误差,如下

close all;
clear all;
clc;
load ('6mm_matlab.mat')
% 相机标定基本参数
M = cameraParams.IntrinsicMatrix';
R = cameraParams.RotationMatrices(:,:,1);
T = cameraParams.TranslationVectors(1,:)';
UV = cameraParams.ReprojectedPoints(:,:,1);
% 将标定板角点像素坐标转换成齐次
for i = 1:size(UV,1)
    UV_H(i,:) = [UV(i,:),1];
end
% 将像素坐标系转换到像素坐标系,公式参考: https://blog.csdn.net/qq_43222384/article/details/101516807
leftMatrix = inv(R)*inv(M)*UV_H';
rightMatrix = inv(R)*T;
rightMatrix_H = repmat(rightMatrix(3),[1,size(UV,1)]);
temp_s = rightMatrix_H./leftMatrix(3,:);
N_rightMatrix = repmat(rightMatrix,1,size(UV,1));
CB_World = temp_s.*leftMatrix - N_rightMatrix;

像素坐标到世界坐标之间的转换可参考如下公式

已知像素坐标\left[ \begin{array}{c} u\\ v\\ 1\\ \end{array} \right],世界坐标\left[ \begin{array}{c} X_w\\ Y_w\\ 0\\ \end{array} \right],内参矩阵 M,旋转矩阵 R,平移向量 T。

则有:s\left[ \begin{array}{c} u\\ v\\ 1\\ \end{array} \right] =MR\left[ \begin{array}{c} X_w\\ Y_w\\ 0\\ \end{array} \right] +T

sR^{-1}M^{-1}\left[ \begin{array}{c} u\\ v\\ 1\\ \end{array} \right] =\left[ \begin{array}{c} X_w\\ Y_w\\ 0\\ \end{array} \right] +R^{-1}T

\left[ \begin{array}{c} a\\ b\\ c\\ \end{array} \right] =R^{-1}M^{-1}\left[ \begin{array}{c} u\\ v\\ 1\\ \end{array} \right]\left[ \begin{array}{c} t_1\\ t_2\\ t_3\\ \end{array} \right] =R^{-1}T

解得s=\frac{t_3}{c}

所以\left[ \begin{array}{c} X_w\\ Y_w\\ 0\\ \end{array} \right] =\frac{t_3}{c}\left[ \begin{array}{c} a\\ b\\ c\\ \end{array} \right] -\left[ \begin{array}{c} t_1\\ t_2\\ t_3\\ \end{array} \right]

Matlab 标定后的相机参数如下:

MATLAB 相机标定中标定板角点像素坐标系到世界坐标系的转换_第1张图片

内参矩阵:M=\left[ \begin{matrix} 1768& 0& 749.7\\ 0& 1768& 586\\ 0& 0& 1\\ \end{matrix} \right],旋转矩阵:R=\left[ \begin{matrix} -0.9900& 0.1411& 0.0046\\ -0.1403& -0.9868& 0.0803\\ 0.0159& 0.0788& 0.9968\\ \end{matrix} \right],

平移向量:T\ =\ \left[ \begin{array}{c} 92.755\\ 52.092\\ 422.884\\ \end{array} \right]

世界坐标系下的点到像素坐标系下的转化关系可表示为:

s\left( \begin{array}{c} u_1\\ v_1\\ 1\\ \end{array} \right) =\left[ \begin{matrix} 1768& 0& 749.7\\ 0& 1768& 586\\ 0& 0& 1\\ \end{matrix}\begin{array}{c} 0\\ 0\\ 0\\ \end{array} \right] \left[ \begin{matrix} -0.9900& 0.1411& 0.0046& 92.755\\ -0.1403& -0.9868& 0.0803& 52.092\\ 0.0159& 0.0788& 0.9968& 422.884\\ 0& 0& 0& 1\\ \end{matrix} \right] \left( \begin{array}{c} X_w\\ Y_w\\ 0\\ 1\\ \end{array} \right)

标定板的间距为10mm,随意带两个世界坐标系下的点(0,0)和(0,10)

算出来得结果分别为\left( \begin{array}{c} 0.3893\\ 0.1518\\ 0\\ \end{array} \right)\left( \begin{array}{c} 3.1293\\ 9.7074\\ 0\\ \end{array} \right)

计算结果和真值的误差较大,在世界坐标系下的Y轴上的角点应该接近 0 实际上Y轴上的值逐渐增大,可以观察下面的计算结果

世界坐标系下的真值为:

通过上述公式计算得到的世界坐标结果:

我标定的重投影误差再0.04以内,其它各个参数也符合,为什么数据的误差会这么大呢?而且这个数据变化也有一定的规律,这是怎么回事呢?

相机标定图像

链接:百度网盘 请输入提取码

提取码:john

已解决:matlab做相机标定,内参矩阵与旋转矩阵都需要做转置后才能使用

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