計(jì)算機(jī)視覺(jué)第二次作業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、廈門(mén)大學(xué)電腦視覺(jué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告攝像機(jī)標(biāo)定:孫振強(qiáng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用OpenCV并利用OpenCVffi行攝像機(jī)標(biāo)定，編程實(shí)現(xiàn)，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果 和分析。二、實(shí)驗(yàn)原理在電腦視覺(jué)應(yīng)用問(wèn)題中，有時(shí)需要利用二位圖像復(fù)原三維空間中的物體，從 二維圖像信息出發(fā)計(jì)算三維空間物體的幾何信息的過(guò)程中，三維空間中某點(diǎn)的位置與二維圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系是由攝像機(jī)的幾何模型決定的，這些幾何模型的參數(shù)就是攝像機(jī)參數(shù)，而這些參數(shù)通常是未知的，攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的作用 就是通過(guò)計(jì)算確定攝像機(jī)的幾何、光學(xué)參數(shù)，攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的方位。攝像機(jī)成像模型是攝像機(jī)標(biāo)定的根底，確定了成像模型才能確定攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù) 的個(gè)數(shù)和求解的方法。電

2、腦視覺(jué)研究中，三維空間中的物體到像平面的投影關(guān)系 即為成像模型，理想的投影成像模型是光學(xué)中的中心投影， 也稱(chēng)為針孔模型。實(shí) 際攝像系統(tǒng)由透鏡和透鏡組組成，可以由針孔模型近似模擬攝像機(jī)成像模型。在實(shí)際攝像機(jī)的使用過(guò)程中，為方便計(jì)算人們常常設(shè)置多個(gè)坐標(biāo)系，因此空 間點(diǎn)的成像過(guò)程必然涉及到許多坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)化，下面主要闡述幾個(gè)重要坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖22世界坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系空間關(guān)系世界坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:XcXwYcRTYwZcot1Z w反映的是世界R和T分別是從世界坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換和平移變換系數(shù), 坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，因此稱(chēng)為外參數(shù)。像素坐

3、標(biāo)圖2.3像素坐標(biāo)系假設(shè)攝像機(jī)焦距f=1，那么圖像物理坐標(biāo)系與像素坐標(biāo)系之間的關(guān)系如下:uSx xuUovSy yuVo那么圖像的像素坐標(biāo)與歸一化圖像坐標(biāo)p之間以齊次坐標(biāo)表示為:Kps Uo Xc /Zc fv Vo yc / zc 0 1 1本實(shí)驗(yàn)使用國(guó)際象棋棋盤(pán)格標(biāo)定板，在A4紙上打印使用，規(guī)格為6*5，棋盤(pán)格大小為3cm。圖2.4實(shí)驗(yàn)使用的標(biāo)定板實(shí)驗(yàn)使用 攝像機(jī)進(jìn)行圖片采集。三、攝像機(jī)標(biāo)定方法考慮到傳統(tǒng)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求較高，操作繁瑣等缺點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)決定使用著 名的張正友標(biāo)定方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。XuYXs vK r1a g tK r1r2t Y0111圖3.1張正友標(biāo)定成像模型根本原理:設(shè) H

4、g h2 h3 K r1r2 t那么根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣的性質(zhì)，每幅圖像可以獲得以下兩對(duì)內(nèi)參數(shù)矩陣的根本約束：h：K tK 1h20h；K tK 1h1 hjK tK 1h2由于攝像機(jī)內(nèi)有五個(gè)內(nèi)部參數(shù)，所以當(dāng)圖像數(shù)目大于等于三時(shí)即可求出內(nèi)部參數(shù)唯一解。四、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果16幅為提高實(shí)驗(yàn)精度，本實(shí)驗(yàn)從八個(gè)不同的距離，每個(gè)距離兩個(gè)角度采集圖片圖4.1標(biāo)定所用圖片運(yùn)行程序，獲得內(nèi)外參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:S1nFKtWTMW1reW?wWrTWHrinnnWTwTTMrHraTWTWr»mrTWWBINIRINSIC HAT：144-4387 0.80B0 312.4573 0.0000 74-3432

5、 2124Z23 1a.0003 9.0000 L.000 MXJCXXMKKMXJOOCXXKXXHXHXXXXHXXKKltXJC DISTORTION UECTOR：| 0.0112 -0.0004 0.0134 0.0030JIltKJeitKmiHJtHWEmtEXEJOtlOflXlJIKHimilSt ROTATION VECTOR：11?4 Z.3443 刃.2133 1TRANSLATION UEGTOR；-299.S&22 -599-4558 223-2447 XxJCXXHJtXMXiOtXXXXJOtKMXXXKItKKItXMJtJCIt 青按任意鍵継綾. "D;ope n cvCa librati Qn-rxe圖4.2實(shí)驗(yàn)求得的內(nèi)外部參數(shù)比照試驗(yàn)MATLAB比照試驗(yàn)結(jié)果如下:五、實(shí)驗(yàn)誤差分析在本實(shí)驗(yàn)中，誤差來(lái)源主要有系統(tǒng)誤差和偶然誤差，系統(tǒng)誤差是攝像頭配置不高，在成