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《ccd摄像机图像中心两种标定方法的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第35卷第2期光子学报Vol.35No.22006年2月ACTAPHOTONICASINICAFebruary2006*CCD摄像机图像中心两种标定方法的应用研究1,211,21,21,2王锋周仁魁杨小许陈敏邹永星1111罗秀娟曹剑中周泗忠聂浩之(1中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068)(2中国科学院研究生院,北京100039)摘要应用两种方法对CCD摄像机的图像中心进行标定;其中直接光学方法根据因镜头畸变造成的像素点在像面水平和垂直两个方向上分布的对称性得到图像中心;基于镜头畸变的透视投影方法利用具有精确定位点阵的平面模板及其在不同方位所成图像,标定出摄像机的
2、内外参量,其中包含图像中心.标定过程考虑了两种主要的镜头畸变1针对某型摄像机及镜头,试验得出关于两种方法的适用性和优缺点,并验证了后一种方法的强收敛性1关键词图像中心;摄像机标定;摄像机参量;镜头畸变中图分类号TP391文献标识码A0引言1两种图像中心标定方法原理[1]摄像机标定是机器视觉中的基本问题1在三1.1直接光学方法维机器视觉场合,摄像机标定就是确定摄像机本身试验装置如图1,CCD摄像机放置于可在水平的几何和光学特征(内参量),以及摄像机在确定的和垂直面内转动的精密转台上,转台带动摄像机在世界坐标系下的位置和方向(外参量)1为此,需要水平面和垂直面内旋转的角度可由轴角
3、编码器精确建立成像模型,而图像中心是其中的重要参量,图像读出1中心位置的准确性决定所建模型的准确程度1传统意义认为图像中心是摄像镜头主光轴和成像面的交叉点;而主光轴定义为通过摄像镜头各光学曲面中心点的/直线0;对实际的摄像镜头,由于轴偏误差和镜头畸变等因素的影响,并没有一个理想的主光轴,[2]因此,图像中心不存在绝对意义上的所谓/真值01图1直接光学方法确定图像中心当前确定图像中心的主要方法有基于成像特征的方Fig.1Directopticmethodcsprinciple法和非基于成像特征的方法1文献[2]分类总结了平行光管位于摄像机前方的平台上,其焦平面多种不同意义下的图
4、像中心及其标定方法,读者可上有带十字丝的透明分划板,通过光源照明,十字丝参阅1标志成像在摄像机的像面上1本文提出一种在某工程项目中得到应用的确定试验步骤如下图像中心的光学方法,它属于基于非成像特征的方1)调节CCD摄像机和平行光管的相对位置,尽法;介绍另一种简便实用的基于镜头畸变的透视投量使十字丝中心成像在摄像机像面的几何中心位影方法,此方法考虑成像特征,为摄像机建立成像模置,记下轴角编码器的读数A0、E0;开启摄像机工型1本文用此方法确定了图像中心,并在实现过程作,标定出十字丝在图像上的像素坐标(X0,Y0);2)中对原方法中的部分内容做了改进,从不同角度检控制摄像机在水平
5、面内沿顺时针和逆时针方向各转验了算法的收敛性1试验结果显示,用这种方法标动A角,得到十字丝在像面成像点的坐标X1和X2;定图像中心,与直接光学方法比较,有对试验装置要3)根据畸变理论,以像面中心为原点,离开原点距离求低、操作简便、易实现自动化等优点;算法收敛性同为r的两个像点畸变量应相同1因此,如果X0是强,且能建立起完整的摄像机模型;但处理结果的重理想的图像中心的话,应有复性不如前者,这是需要继续研究改进之处1
6、X1-X0
7、=
8、X2-X0
9、(1)*若两边值不等,表明图像中心偏离X0;为此改变摄中科院知识创新基金资助Tel:02988470766Email:wfmail@op
10、t.ac.cn像机的初始位置,重复步骤1~3,直至等式(1)成立收稿日期:20050414为止1最终得到的坐标X0即可作为图像中心的横2期王锋等1CCD摄像机图像中心两种标定方法的应用研究295坐标;4)同理,让摄像机在垂直平面内转动,重复步式中Dur、Dvr表示径向畸变,Dud、Dvd表示偏心畸变,ki骤1~3,最终得到图像中心的纵坐标Y0;5)改变A~2~2为畸变因子,Q=u+v.实际运算时,可用点m0角,得到多组(X0,Y0)值,取统计平均,作为最终的[4]的坐标代替点m的坐标计算Q的值,即Q=图像中心坐标122u+v1于是有:这种方法单纯考虑图像中心,而未考虑其它摄~
11、u=u+Dur+Dud像机参量1因此,标定出的图像中心与摄像机成像~v=v+Dvr+Dvd模型无关1转换为像素坐标表示为1.2考虑镜头畸变的透视投影方法~~1.2.1成像模型rufuCr0u~~一般情况下,摄像机模型可以看作一个针孔模c=Av=0fvc0v型1但在需要准确度比较高的场合,必须考虑镜头110011畸变,对针孔模型下的成像点进行畸变修正1考虑式中为摄像机的内部参量矩阵,其中fu、fv分别为镜头畸变的摄像机透视投影模型如图2;图中(xw,u和v方向的等效焦距,C是描述像面两坐标轴倾斜yw,zw
