計(jì)算機(jī)視覺(jué)中攝像機(jī)標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)分析

□王 琳 余靜華 陳 曦 趙 耀

（西安航空學(xué)院 陜西 西安 710000）

計(jì)算機(jī)視覺(jué)中攝像機(jī)標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)分析

□王 琳 余靜華 陳 曦 趙 耀

（西安航空學(xué)院 陜西 西安 710000）

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)范圍內(nèi)一個(gè)非常重要的技術(shù)便是攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)，標(biāo)定結(jié)果的實(shí)際精準(zhǔn)度會(huì)對(duì)最終測(cè)量所得數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性以及三維重建的效果以及精度有著非常直接的影響。計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用的要求存在有多樣性，因此也就給攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)的準(zhǔn)確性有了更高的要求，視覺(jué)測(cè)量中一個(gè)非常重要的前提是需要人們進(jìn)行精準(zhǔn)度高并且操作非常簡(jiǎn)單的標(biāo)定方法的選擇，本文在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中進(jìn)行了攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，展開了對(duì)設(shè)計(jì)相機(jī)標(biāo)定技術(shù)的穩(wěn)定性，運(yùn)行效率，操作性以及精度研究。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)；攝像標(biāo)定；實(shí)驗(yàn)分析

攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)是及孫吉視覺(jué)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)，攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果精度只要出現(xiàn)任何一點(diǎn)細(xì)微的提高就會(huì)造成非常有效的效果，例如，以機(jī)器視覺(jué)作為基礎(chǔ)的雙目視覺(jué)測(cè)距，足式機(jī)器人避障，無(wú)人飛行器自主導(dǎo)航，駕駛輔助系統(tǒng)等一些應(yīng)用。

1 攝像機(jī)標(biāo)定原理

攝像機(jī)標(biāo)定具體指的是對(duì)攝像機(jī)成像模型中的所有內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行求解的一個(gè)過(guò)程，在所有的攝像機(jī)模型之中，一個(gè)最為簡(jiǎn)便的模型便是針孔模型。在攝像機(jī)標(biāo)定中，計(jì)算機(jī)視覺(jué)中會(huì)需要用到四種坐標(biāo)系，像素的坐標(biāo)系（U,V），圖像的坐標(biāo)系（x，y），攝像機(jī)的坐標(biāo)系（Xc，Yc，Zc），世界的坐標(biāo)系（Xw,Yw,Zw）,這四個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)方向以及坐標(biāo)位置如圖。

2 攝像頭標(biāo)定

以O(shè)penCV為基礎(chǔ)的攝像頭標(biāo)定。OpenCV指的是一個(gè)具有開源性質(zhì)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)，主要是為了對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行應(yīng)用而展開的開發(fā)，具備有非常強(qiáng)大的模式識(shí)別，圖像拼接，圖像處理功能。OpenCV的具體標(biāo)定的具體步驟為，其一，在文件中進(jìn)行標(biāo)定使用之后的圖片數(shù)據(jù)的打開，并且進(jìn)行標(biāo)定板相應(yīng)參數(shù)的輸入。其二，用函數(shù)進(jìn)行角點(diǎn)的提取。其三，對(duì)函數(shù)優(yōu)化角點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，將亞像素級(jí)的坐標(biāo)確定。其四，在圖片上進(jìn)行函數(shù)進(jìn)行角點(diǎn)位置的標(biāo)出。其五，對(duì)每幅圖像的旋轉(zhuǎn)向量以及平移向量，畸變系數(shù)向量，內(nèi)參數(shù)矩陣進(jìn)行計(jì)算，得出沖投影的誤差值。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析

在實(shí)驗(yàn)中選用的攝像機(jī)的攝像頭是普通的USB攝像頭。圖像的傳感器是CCD，鏡頭的焦距是2.9mm，在實(shí)驗(yàn)中采用的圖像的實(shí)際分辨率是640x480。

在該實(shí)驗(yàn)中選擇了10組圖像數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行標(biāo)定，其中每一組數(shù)據(jù)之中都包含有20幅圖像，由左右相機(jī)分別拍攝。

觀看此表格數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)采用這兩種方法來(lái)展開標(biāo)定所得的結(jié)果實(shí)際相差非常小，用OpenCV進(jìn)行標(biāo)定的左攝像頭焦距MATLAB標(biāo)定的結(jié)果相對(duì)差是0.0303%，右攝像頭的焦距相對(duì)差是0.0794%，透鏡光軸的中心坐標(biāo)（Cx，Cy）和理想的中心坐標(biāo)（320,240）結(jié)果非常詳盡，攝像機(jī)發(fā)生的畸變系數(shù)可以忽略記為0.因此我們可以得出結(jié)論，標(biāo)定技術(shù)如果提高，運(yùn)用這兩種方法展開對(duì)攝像機(jī)的標(biāo)定，結(jié)果非常準(zhǔn)確。根據(jù)表格我們已經(jīng)確定，不論采用這兩種標(biāo)定方法中的哪一種，標(biāo)定結(jié)果都非常精準(zhǔn)并且接近，但是為了可以使標(biāo)定結(jié)果的穩(wěn)定性以及精度更進(jìn)一步，我們可以進(jìn)行以下方法的采取[2]。

其一，至少選擇10張到20張包含有不同角度標(biāo)定板以及不同位置的圖像。其二，進(jìn)行不同模式的圖像的捕捉，一定需要保證數(shù)量足夠多，標(biāo)定板和相機(jī)平面的角度需要低于45°。其三，圖像邊緣鏡頭出現(xiàn)畸變比較大，需要讓標(biāo)定板盡量和邊緣位置進(jìn)行靠近[3]。

結(jié)束語(yǔ)

文章中對(duì)兩種標(biāo)定工具所具備的不同特點(diǎn)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)MATLAB toolbox的效率以及操作性相對(duì)比較差，但是精度非常好，OpenCV函數(shù)庫(kù)是在C++基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的，具備有操作非常簡(jiǎn)便并且效率非常高等優(yōu)勢(shì)，非常適合對(duì)嵌入式平臺(tái)進(jìn)行移植，負(fù)后續(xù)實(shí)驗(yàn)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。

[1]吳淵凱,卞新高.計(jì)算機(jī)視覺(jué)中攝像機(jī)標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)分析[J].電子測(cè)量技術(shù),2016,39(11):95-99.

[2]張偉波,劉明芹,袁明,等.基于Matlab的計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量中攝像機(jī)標(biāo)定方法研究 [J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2014,(2):53-54,56.

[3]王巨森,劉自強(qiáng).攝像機(jī)標(biāo)定方法的實(shí)現(xiàn)[J].電大理工,2015,(2):12-13.

1004-7026（2017）12-0098-01

TP391.4

A

DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.12.080

王琳（1990-），女，陜西富平人，助教，碩士研究生，主要研究方向：計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)。