相机标定 - (01) - 相机标定简介

目录

1 相机标定简介

1.1 相机标定的作用     

1.2 相机标定的分类

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1 相机标定简介

1.1 相机标定的作用     

        相机标定是利用二维平面信息及少量三维空间信息解析物点与对应像点几何关系的过程，在几何测量与定位、三维重构、遥感测绘等任务中具有重要作用。相机标定技术主要围绕成像模型与参数标定两大方面展开，根据解析出的几何模型可以实现对三维空间的识别与描述，广泛应用于医学成像、工业检查、天文观测、航空航天等领域。

倒车影像 

SLAM 

        相机标定的目的有两个，一个就是矫正由于镜头畸变造成的图片的变形，例如，现实中的直线，拍摄成图像后会外凸或内凹，进行相机标定后可以对这种情况进行校正；另一个是根据获得得图像重构三维场景，因为标定的过程就是通过一系列的三维点和它对应的二维图像点进行数学变换，求出相机的内参数和外参数。

相机畸变  

 小孔成像模型

1.2 相机标定的分类

        从成像模型角度相机标定方法可分为线性标定、非线性标定、双平面模型标定。

        从相机个数可分为单目及双目标定。

        从参数解算角度可分为基于最优化算法的标定、基于遗传算法的标定、基于变换矩阵的标定、基于神经网络的标定等。

随着人工智能技术和视觉理论研究的发展，新型相机标定方式不断涌现，并与传统标定模式具有较大差别。传统标定方法基于预先设置的成像场景构建标定模型，在场景几何约束基础上选取最优算法实现相机参数解算，包括基于参照物、主动视觉及自标定方法等。

        基于参照物相机标定方法：提取靶标影像角点作为控制点，构建像素与空间坐标对应关系方程组，再利用优化算法计算参数，其中参照物形状尺寸等信息已知。参照物按空间维数分为一维直线、 二维平面标定板、三维立体块等。平面标定板由于制作简单、精度可控，常替代标定块在工业应用中作为靶标使用。常用标定板图案有棋盘格、实心圆、同心圆环等。近年来也有各类新型模板被提出。基于棋盘格标定板的张正友标定法是这类方法的经典代表，在 Matlab/openCV 等软件中集成有成熟的工具箱。这类方法成像约束强，标定过程简单、算 法鲁棒性高，但高精度参照物制作维护成本高，在无法携带参照物的场合失去意义。

        基于主动视觉的相机标定方法：通过人为精确控制相机或目标作特殊运动如纯旋转、平移等获取多幅图像，并利用可控的定量化运动约束来确定相机内外信息，是自标定方法的重要分支。 典型方法包括基于纯旋转运动的标定、基于三正交平移运动的标定、基于平面正交运 动的标定、基于无穷远平面单应矩阵的标定、手眼标定、基于射影重建的自标定方法等。主动视觉标定技术可线性求解相机内参，算法鲁棒性高，但对控制设备要求严格， 限制了应用推广。相机自标定方法无需设置参照物或控制相机精确运动，仅利用多帧图像 对应点的几何一致性约束关系解算相机基本矩阵，不依赖于场景结构和运动信息， 包括直接求解 Kruppa 方程、基于绝对二次曲线和绝对二次曲面方法、Pollefeys 模约束标定、可变内参数下的分层逐步标定方法等。

        智能化相机标定：得益于计算机技术的发展，智能化相机标定概念被提出。人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）因能够准确描述输入输出在欧氏空间的高维非线性映射被引入相机标定应用中。令目标点像素坐标作为网络输入，对应世界坐标作为理想输出，在信息正反向传播过程中修正隐藏层神经元权重，以期最小化实际与期望输出误差，得到精确标定模型。

参考文献：

[1] 黄文文,彭小红,李丽圆等.相机标定方法及进展研究综述[J/OL].激光与光电子学进展:1-17[2023-03-11].