计算机视觉中摄像机标定若干关键技术分析

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1、东南大学硕士学位论文取足够多的机器视觉系统所需要的最原始的图像。图像传感器可以使用激光扫描仪、线阵和面阵CCD摄像机，也可以是最新出现的数字摄像机等。尤其是线阵和面阵CCD摄像机，他们在计算机视觉的发展和应用中起着至关重要的作用，随着半导体集成技术和超大规模微细加工技术的发展，面阵CCD摄像机不仅商品化，而且具有高分辨率和高工作速度的优点．另外，它具有的二维特性、高灵敏度、可靠性好、几何畸变小、无图像滞后和图像漂移等优点使其成为计算机视觉中非常合适的图像传感器，本论文所使用的图像传感器即为面阵CCD摄像机。光投射可以作为普通照明光源、半导体激光器或者红

2、外激光器等，它的主要功能是参与形成被分析的物体图像的特征，在本实验室所建立的三维扫描系统中，通过投影仪投射出光栅图像，实现被测物体的三维信息的非接触式测量。(2)高速图像采集系统由专用视频解码器、图像缓冲器和控制接口电路组成。它的主要功能是实时的将视觉传感器获取的模拟视频信号转换为数字图像信号，并将图像直接传送给计算机进行处理，或者将数字图像传送给专用图像处理系统进行视觉信号的实时前端处理。随着专用视频解码芯片和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的出现，现在大多数高速图像采集系统由少数几个芯片就可以完成。图像采集系统与计算机的接口采用工业标准总线，使

3、得图像采集系统到计算机的实时图像数据传输成为可能。(3)专用图像处理系统是计算机的辅助处理器，主要采用专用集成芯片(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或者FPGA等设计的全硬件处理器。它可以实时高速的完成各种低级图像处理算法，减轻计算机的处理负荷，提高整个视觉系统的速度。同时随着各种硬件处理系统的出现，如基于FPGA的超级计算机和实时低级图像处理系统等，为机器视觉系统实时实现提供了有利的条件。(4)计算机计算机是整个机器视觉的核心，它除了控制整个系统的各个模块正常运行外，还承担着视觉系统的结果运算和输出。图像采集系统输出的数字图像可以直接传送剑计算机

4、，由计算机采用纯软件方式完成所有的图像处理和其他运算。在本实验室中，首先采用计算机编写投影光栅将光栅图像通过投影仪投射到物体表面，计算机提取摄像机所拍摄的图像，在计算机内进行运算，最后得到物体的三维点云信息，并在计算机显示器上显示结果。机器视觉系统具有的高度的智能和普遍的应用性，随着其系统的不断完善，已完全能应用于工业现场，满足现代生产过程的要求。1．1．2Mallr的计算机视觉理论框架立体视觉的开创性工作是从20世纪60年代中期开始的。美国Mrr的R0ben完成了三维景物分析工作，把过去的二维图像分析推广到了三维景物，这标志着立体视觉技术的诞生，在随

5、后的20年中它迅速发展成为一门新兴的学科。Marr(1982)首次从信息处理的角度综合了人工智能、神经生理学、模式识别、图像处理等领域取得的一些成果，提出了早期最为完善的视觉理论框架。虽然这个理论存在大量不完备的方面，但是该理论仍然是研究的主流，它对立体视觉的发展产生了巨大的影响，当今的视觉理论框架基本上都是对Marr视觉理论框架的补充和发展【lJ。视觉系统研究的三个层次Marr指出计算机视觉系统只是信息处理系统的一个例子，可以在三个层次上来理解：(1)计算理论：该层次要回答系统各个部分的计算目的与计算策略，即各部分的输入输出是什么，之间的关系是什么或

6、者具有什么约束。Marr对视觉系统总的输入输出关系规定了一个总目标，即输入是二维图像，输出是由二维图像“重建”出来的三维物体的位置与形状。(2)表达与算法：该层次应进一步回答系统各部分如何表示输入和输出信息，如何实现计算理论所对应的功能和算法，特别应包含信息表达以及处理这些表达的算法．(3)实现：算法的物理实现，包括特定的程序和硬件。从信息处理的观点来看，这三层有其相互联系的方面，也有其区别和独立的方面，其中至关2第一章绪论重要的是计算理论层次，因为它是构成视觉基础计算的本质。只有依据正确计算理论的指导才能用程序和硬件很好的解决问题。目前计算机视觉的研

7、究工作主要集中在前面两个层次上。视觉系统研究的三个阶段Mallr从视觉计算理论出发，将系统分为自下而上的三个阶段，即视觉信息从最初的原始数据到最终对三维环境的表达经历了三个阶段的处理。第一阶段(也称为早期阶段)是将输入的原始图像进行处理，抽取图像中诸如角点、边缘、纹理、线条、边界等基本特征，这些特征的集合称为要素图或基元图(研mitivesketc-h)；第二阶段(中期阶段)是指在以观测者为中心的坐标系中，由输入图像和基元图恢复场景可见部分的深度、法线方向、轮廓等信息。此时只能观察到物体的一部分，而物体的背面或被其他物体遮挡部分的信息却得不到，这是一种

8、不完整的、部分的三维信息描述，所以称为2．5维图(2．5dilIl锄si衄alsket‘．h)