最新计算机视觉_标定讲解学习.ppt

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1、摄像机标定与立体视觉CameraCalibration&StereoscopicVision主要内容第4章摄像机标定摄像机成像模型摄像机标定方法第5章立体视觉立体视觉原理三维重建第4章摄像机标定4.0补充：坐标变换4.1摄像机成像模型4.2摄像机标定方法分类4.3直接线性变换(DLT)标定法4.4张正友平面标定法4.0补充：坐标变换坐标系在欧氏空间（笛卡尔坐标系）进行表示参考坐标系世界坐标系主要内容4.0.1位置和姿态的表示4.0.2坐标变换4.0.3齐次坐标变换4.0.1位置和姿态的表示1.位置描述在三维坐标系{A

2、}下确定空间中一点的位置用一个3*1的矢量表示2.姿态描述在物体上固定一个坐标系{B}，给出此坐标系相对于参考坐标系{A}的表达用一个3*3的矩阵（旋转矩阵）描述3.位姿描述在三维空间中表示物体的位置和姿态旋转矩阵的性质旋转矩阵中的9个元素只有3个是独立的旋转矩阵是单位正交矩阵是单位矢量，且相互垂直4.0.2坐标变换1.平移坐标变换两个坐标系{A}和{B}的姿态相同2.旋转坐标变换两个坐标系{A}和{B}有共同的坐标原点3.一般坐标变换用过渡坐标系{C}将坐标变换分解为旋转和平移4.0.2坐标变换例：已知坐标系{B}

3、的初始位置与坐标系{A}重合，将{B}相对于{A}的z轴逆时针旋转30°，再沿{A}的x轴平移12个单位，沿{A}的y轴平移6个单位，求旋转矩阵和平移向量。若点P在{B}中的坐标为[590]T，求P在{A}中的位置4.0.2坐标变换4.混合坐标变换点P由坐标系{C}变换到坐标系{B}，再变换到坐标系{A}4.0.3齐次坐标变换向量矩阵向量齐次坐标(Homogeneouscoordinate)用4*1的列矢量表示三维空间中的点，称为点的齐次坐标是比例系数，表示无穷远点4.0.3齐次坐标变换齐次变换矩阵平移旋转4.0.3

4、齐次坐标变换混合坐标变换4.1摄像机成像模型主要内容4.1.1摄像机成像中的坐标系4.1.2线性摄像机成像模型4.1.3畸变与非线性摄像机模型4.1.1摄像机成像中的坐标系1.世界坐标系(w)参考坐标系/基准坐标系用于描述摄像机和物体的位置2.摄像机坐标系(c)固定在摄像机上原点在光心Zc轴沿光轴方向，Xc/Yc轴分别平行于成像平面世界坐标系摄像机坐标系4.1.1摄像机成像中的坐标系3.以物理单位表示的图像坐标系(x,y)原点在摄像机光轴与图像平面的交点x/y轴与摄像机Xc/Yc轴平行，沿图像平面方向4.以像素为单位

5、表示的图像坐标系(u,v)原点在数字图像的左上角u/v轴沿图像平面向右向下为正方向世界坐标系摄像机坐标系图像坐标系4.1.2线性摄像机成像模型图像形成的过程刚体变换世界坐标系中的物体摄像机坐标系中观察二维数字图像二维图像(物理单位)成像图像数字化摄像机外参数摄像机内参数}4.1.2线性摄像机成像模型摄像机外参数模型将物体在世界坐标系中的位置，变换到摄像机坐标系下（6个独立外参数）摄像机内参数模型1.小孔成像：将物体在像面上成像2.图像数字化x/y坐标系原点o在u/v坐标系下的坐标为(u0,v0)像素在轴上的物理尺寸为

6、dx,dy(单位：mm)1)简单情况：u/v轴互相垂直（4个独立内参数）2)实际情况：u/v轴夹角为θ（5个独立内参数）4.1.2线性摄像机成像模型总结成像过程内参数矩阵外参数矩阵摄像机参数矩阵：4.1.3畸变与非线性摄像机模型畸变径向畸变离心畸变薄透镜畸变径向失真切向失真理想位置切向失真径向失真非线性摄像机模型以物理单位表示的图像坐标系(x,y)理想(xu,yu)：小孔成像结果实际(xd,yd)：畸变后结果，实际进行数字化位置加入畸变后的成像过程小孔成像畸变描述畸变非线性摄像机模型径向失真光线在远离透镜中心的地方比

7、靠近中心的地方更弯曲对于径向失真，摄像机中心的畸变为零，随着向边缘移动，畸变越来越严重切向失真由于透镜制造上的缺陷，使透镜本身与成像平面不平行4.2摄像机标定方法分类1.传统摄像机标定方法利用已知标定参照物进行标定优点：可以应用于任意的摄像机模型，标定精度高缺点：标定过程复杂，需要高精度的已知结构信息,如标定块或标定板等立体靶标：直接线性变换(DLT)标定法平面靶标：张正友平面标定法4.2摄像机标定方法分类2.主动视觉摄像机标定方法利用已知的摄像机运动，由景物约束确定摄像机参数优点：通常可以线性求解，鲁棒性比较高缺点

8、：不能用于摄像机运动未知，或摄像机无法控制的场合4.2摄像机标定方法分类3.摄像机自标定方法依靠多幅图像间的对应关系对摄像机进行标定优点：不需要标定物，仅需建立图像间的对应，灵活性强，潜在应用范围广缺点：非线性标定，求解复杂，鲁棒性低4.3直接线性变换(DLT)标定法前提：使用四参数模型，不考虑畸变摄像机参数矩阵一、基本方法1.求解摄像机参数矩