相机标定方法与实验研究

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1、HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY专业综合实践报告题目名称：相机标定方法与实验研究学生姓名：学号：联系电话：电子邮箱：指导教师：职称：哈尔滨工业大学自动化测试与控制系目录一、绪论11.1课题背景及研究的目的与意义11.2国内外研究现状2二、相机标定原理和方法32.1相机标定基召出知识32.1.1齐次坐标32.1.2图像坐标系、相机坐标系与世界坐标系42.1.3针孔成像模型62.2相机标定方法72.2.1传统相机标定方法简介72.2.2基于主动视觉的标定方法简介82.2.3相机自标定方法简介8三、实验

2、内容93.1试验方案设计93.2试验测试103.3试验结论14四、总结14参考文献15一、绪论1.1课题背景及研究的目的与意义对于人类而言，眼睛是最重要的感觉器官之一，大脑是最重要的信息处理加工器官。人类通过眼睛获取外界信息再通过大脑加工处理可以成为记忆、影响情感甚至引发灵感。随着计算机应用的不断推广，人们不仅希望计算机能获取图像信息,也希望能像人类一样高效地处理图像信息，因此，诞生了计算机视觉这一综合学科。在屮国，机器视觉技术是从上世纪90年代才开始发展应用的，到现在已经有了近20多年的历史。机器视觉技术是随着工业上

3、越來越多的使用不断发展并且逐渐完善的。伴着中国加工产业以及制造业的大幅度发展，市场上对机器视觉技术和设备的需要将呈现岀较大的上升趋势。另外，全球在加工制造业方面的工厂和市场越來越多的倾向于中国,并且中国经过30多年的改革开放发展，经济领域止在转型，许多高技术行业的发展前景广阔，所以中国的机器视觉市场止在继北美的美国、欧洲的徳国和亚洲的日本Z后，逐渐的成为另一个让国际上机器视觉厂商们关注的地方。在过去的2011和即将过去的2012年，虽然由于经济危机的影响中国的一些手工业和制造业有了不同程度的打击，但是一批高科技产业却是

4、冇了较好的发展。电子制造业、汽车行业、新能源、以及食晶和包装等大量的行业需求带来了包描机器视觉在内的自动化产品的需求增长。同时，随着中国经济的转型，一些高科技领域在原有基础上扩大容量和高端生产的需求，也为以机器视觉技术为代表的一些创新技术的市场带来了更多财富和机遇。机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科E1_2]o机器视觉系统主要利用计算机来模拟人或再现与人类视觉有关的某些智能行为，从客观事物的图像中提取信息进行处理并加以理解,最终用于实际检测和控制的系统⑷。在机器视

5、觉屮利用相机标定技术得到的相机系统的内外参数的精度对整个系统的成败冇很人的影响。机器视觉系统中很重要的一项工作就是是通过相机获取的物体图像信息计算出三维空间中物体的几何信息，并根据这些信息进行后续的重建和识别工作。相机成像的数学模型决定了空间物体表面某点在世界坐标系中的位置与其在图像坐标系中对应点之间的相互关系，通过实验与计算得到这些模型参数的过程就称为相机标定⑷。通过标定我们需要确定的就是相机的数学方面和光学方面的内部参数以及相机系统处标系相对于世界处标系的外部位置参数。由于标定参数精度的高低会对机器视觉系统的精度产

6、生直接影响，因此相机标定是机器视觉系统的基础，可以说标定相机参数过程的成功与否直接决定了机器视觉系统成败。因此捉高相机标定的精度对整个机器视觉系统的发展有很大意义，提高和机标定精度也是当前机器视觉研发工作中的重要方面。1.2国内外研究现状计算机视觉技术在国外的研究是从上世纪50年代开始的，当时对这个技术的研究主要集中在对图片的细化、鉴别等分析上。20世纪60年代，标志着立体视觉技术诞生的研究成果就是Roberts教授通过研究积木世界把以往的二维图片分析推广到对三维场景的分析上。80年代初，构成机器视觉研究领域屮一个非常

7、重要的理论框架就是由DavidMarr教授提出的关于视觉研究的理论。人工智能、模式识别、生理神经学以及某些图像处理的领域也取得的了一些成果，这得益于Marr视觉理论从信息处理的这一全新角度分析这些问题。上世纪90年代，机器视觉技术在工业中得到越来越多的应用，同时多视角的视觉理论也得到了迅速发展。进入21世纪后，三维物体的重建和识别，机器人导航，相机系统的自标定技术以及基于图像序列的三维重建技术都成为了是国外相关领域的研究重点⑸。目而国外学者在相机标定上研究的一种新技术就是基于图像序列的三维重建技术。这种技术利用摄像机拍

8、摄场景或物体不同角度的图像，根不同图像之间的几何关系估计摄像机的外部参数（即摄像机的位置和方向）恢复场景在摄影空间的几何模型，再利用H标定技术估计摄像机内部参数并完成场景在欧氏空间的重建°7］。国内的学者从90年代才开始进行机器视觉理论的相关研究，廿前一些高校和科研机构已经取得了相当的成就，并且随着机器视觉系统越來越多的受到各行各