基于图像分析的摄像头轴偏量标定方法-论文.pdf

《基于图像分析的摄像头轴偏量标定方法-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第26卷第7期强激光与粒子束Vol_26，NO．72014年7月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJu1．，2014基于图像分析的摄像头轴偏量标定方法邓浩。，游安清，田俊林(1．高功率微波技术重点实验室，四川绵阳621900；2．中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川绵阳6219O0)摘要：针对摄像头在焦距调节过程中，视频图像的中心点在物体上滑移的问题，进行了理论建模分析，将传统的分段测量、曲线拟合的解决方法进行了改进，提出了一种基于图像分析的轴偏量的标定方法，利用矩形图像确定不同焦距下摄像头的轴偏量，并在实验验证中

2、进行了优化处理。结果表明，本方法可以较为精确地标定出摄像头轴偏量，经过修正补偿后的摄像头，轴偏抖动可以控制在视场角的0．6，可以满足较高精度闭环跟踪场合的要求。关键词：图像分析；摄像头；轴偏；标定中图分类号：TH745文献标志码：Adoi：10．11884／HPLPB201426．071005随着光电技术的发展，摄像头在El常、工业以及军事上的应用越来越普遍，图像是对物体最直观的了解方式。但目前市场上大部分非专业摄像头均存在镜头调节轴向与成像系统轴向不一致的现象，这种现象的直接表现就是焦距调节过程中，视频图像的中心点对应的物体在不断漂移。在某些

3、基于图像中关键物体位置的应用场合，如高精度的目标闭环跟踪，目标在图像中的位置是控制跟踪系统的依据，摄像头轴偏会极大影响跟踪效果，必须在使用前对其进行标定。传统的摄像头标定方法起源于20世纪7O到80年代的直接线性变换法(DLT)和基于径向约束(RAC)的定标方法，基本思路是利用标定板或者标定块，结合图像处理建立摄像头的线性方程组，最后求解其参数，国内张正友、孟晓桥、胡占义等人对此方法进行了深入研究并进行了改进；近年来，不需要标定块，仅仅通过图像点之间的对应关系对摄像机进行标定的自标定技术也逐渐兴起。这几种方法在处理速度、环境适应性和精度等方面均

4、各有所长。目前国内的工程应用中，针对此类问题的解决方法大多是利用摄像头直接观测实际目标，采用分段标定后再进行曲线拟合，利用拟合结果对观测图像进行修正l1]，但这种情况要求摄像头能实时反馈视场角和焦距等信息，有一定的局限性。本文拟结合传统的图像标定板技术对上述的实际观测法进行了改进，研究一种基于矩形图像分析的摄像头轴偏量的标定方法。1问题分析摄像头主要由镜头和成像设备组成，自身十分精密，但是组合成摄像头时，由于装配工艺的限制，很难使其在连续变焦的同时保持光轴线的一致，导致摄像头轴线的偏移，简化模型见图1所示。偏移现象的典型表现如图2所示，其中物距

5、约150m，使用普通23×光学变焦摄像头，两幅图中十字叉处为图像中心，图2(a)中心位置的物体在图2(b)中已经偏移到了圆圈位置。由图1可知，轴偏现象是线性的，即在图像的．z向和Y向的轴偏角度固定，与物体距离和变倍倍数无关，那么针对于某一摄像头，必然存在一个镜头调节轴线与CCD面的交点，该点在图像中的位置固定不变，称为光轴点c。设计一种基于矩形目标的标定方法，如图3所示。先在1×视场时，对矩形目标成像，并用一定方法量取矩形的4个顶点的像素坐标；再将摄像头变焦到n×视场，也从图像中量取该视场下矩形的4个顶点坐标。由这4对点坐标即可算得两种焦距下图

6、像的放大倍数愚以及光轴点位置C。数学模型如下。Fig。1Modelofcameraaxisoffset图1摄像头轴偏模型*收稿日期：2013—09—12；修订日期：2014—02—14基金项目：高功率微波技术重点实验室基金项目(2013HPM一09)、作者简介：邓浩(1982一)，男，硕士，从事软件开发、系统集成等方面的研究；denghao0404@sina．corn。强激光与粒子束4结论本文研究了基于图像分析的摄像头轴偏量的标定方法，采用此方法修正补偿后的摄像头，轴偏抖动可以控制在视场角的0．6以内，满足较高精度闭环跟踪场合的要求，且具有计算

7、简单、精度较高，通用性好等特点，对同类产品的设计具有一定的指导意义。下一步研究的重点主要有：修改标定过程中图像处理的算法，进一步提高精度；在实际状况下，摄像头轴偏会由于某些因素(如温度)的影响呈现出一定的非线性，通过分段处理，拟合出轴偏随倍率变化的曲线。参考文献：[1]陈文建．光电仪器之间的轴系补偿方法探讨[J]．应用光学，2003，24(4)：I245．(ChenWenlJan．Ashaftingcompensationbetweenelecti'oopticalsystems．JournalofAppliedOptics，2003，24(4

8、)：4245)[2]陈新禹，马孜，陈天飞．线结构光视觉测量系统运动轴线的简易标定方法EJ3．中国激光，2012，39(11)：l6．((’henXin