基于两灭点法的摄像机标定方法研究

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1、电子测量技术第３５卷第７期理论与算法ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１２年７月基于两灭点法的摄像机标定方法研究胡桂廷陈向东（北京精密机电控制设备研究所北京１００６２１）摘要：在计算机视觉当中，要对物体进行三维重建，需要实现对相机进行标定，即获得相机的的焦距（内参数）、旋转矩阵以及偏移向量（外参数）。为提高场景摄像机的标定精度和标定效率，研究了一种基于２个灭点的快速摄像机标定方法。该方法利用灭点理论，只要求被标定相机拍摄的图像中有２组相互正交的平行线，且这２组平行线与成像平面不平行，由此可以获得２个灭点；

2、为计算平移向量，图像中某个平行线方向上的一段直线的实际长度需已知。根据灭点的几何投影特性计算相机内外参数。利用监控摄像机进行试验验证，验证结果表明，该方法相对于传统的标定方法操作简单并且精度较高，具有一定的理论意义和实用价值。关键词：相机标定；灭点；内外参数中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：ＡＣａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｗｏｖａｎｉｓｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓＨｕＧｕｉｔｉｎｇＣｈｅｎＸｉａｎｇｄｏｎｇ（ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉ

3、ｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００６２１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎ，ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃｏｎｃｌｕｄｅｓｆｏｃｕｓ（ｉｎｔｅｒｉｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒ）ａｎｄｒｏｔａｔｅｍａｔｒｉｘａｎｄｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ（ｅｘｔｅｒｉｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒ）ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｉｓｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｗｏｒｋｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｏｂｊｅｃｔｓ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｙ

4、ｆｉｅｌｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｔｅｐｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｆａｓｔｃａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇｔｗｏｖａｎｉｓｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓ．Ｉｔａｄｏｐｔｓａｎｖａｎｉｓｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓｍｅｔｈｏｄｔｏｇｅｔｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｅｘｔｅｒｉｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｏｎｌｙｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓａｒｅｍａｄｅ：ｔｈｅｓｉｎｇｌｅｉｍａｇｅｃｏｎｔａｉｎｓａｔｔｗｏｖａｎｉｓｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓｗｈｉｃｈｉｓｇｅｔａｔｔｗｏｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ；ｔ

5、ｈｅｌｅｎｇｔｈ（ｉｎ３Ｄｓｐａｃｅ）ｏｆｏｎｅｌｉｎｅｓｅｇｍｅｎｔ（ｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ）ｉｎｔｈｅｉｍａｇｅｉｓｋｎｏｗｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃａｒｒｉｅｄｗｉｔｈａｎｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｃａｍｅｒａｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｏｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｖａｎｉｓｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓ；ｉｎｔｅｒｉｏｒａｎ

6、ｄｅｘｔｅｒｉｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ足，因此其应用范围受到制约［８－１１］。Ｅ．Ｇｕｉｌｌｏｕ在文献［１２］０引言中提出了一种基于单幅图像中２个灭点的标定方法，虽然在计算机视觉当中，要实现物体三维重建，需求解空间该方法对场景要求降低了，但假设相机的主点是图像的中某点的三维位置信息与图像对应点之间的关系，这种关系心，导致计算精度下降。由摄像机的参数来决定。求解相机参数的过程称为相机标本论文研究了基于单幅图像中存在２个灭点的标定方定。相机标定发展至今，有传统标定方法、基于主动视觉的法的数学模型，利用这种方法进行摄像机的内外参数的标定方法、

7、自标定方法和基于灭点的方法［１］。传统的标定标定。方法精度较高，但它需要测量精度高、结构已知的标定场或是标定物作为参照，典型的算法有ｄｉｒｅｃｔｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ１摄像机标定数学模型（ＤＬＴ）方法，Ｔｓａｉ两步法［２－３］；主动视觉标定方法需要知道理想情况下，相机成像满足针孔成像模型。假设空间摄像机的运动信息，例如摄像机平移或旋转量［４－５］；自标定中任意一点Ｐ在世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系下方法是指不需要标定物，仅依靠摄像机在运动过程中周围的关系为：环境及图像间的对应关系来求取摄像机参数的方法［６－７］。一般情况

8、下，传统的基于灭点的标定算法要求场景中存在３组相互正交的平行线，该条件在实际应用中很难满本文于２０１２年３月收到。·３７·第３５卷电子测量技术ＸｃＸｏ２．２灭点法计算摄像机的焦距熿燄熿燄ＹｃＲｏ→ｃＴＹｏ在