計算機視覺第二次作業(yè)實驗報告

1、廈門大學電腦視覺實驗報告攝像機標定:孫振強一、實驗目的學習使用OpenCV并利用OpenCVffi行攝像機標定，編程實現(xiàn)，給出實驗結(jié)果 和分析。二、實驗原理在電腦視覺應用問題中，有時需要利用二位圖像復原三維空間中的物體，從 二維圖像信息出發(fā)計算三維空間物體的幾何信息的過程中，三維空間中某點的位置與二維圖像中對應點之間的相互關(guān)系是由攝像機的幾何模型決定的，這些幾何模型的參數(shù)就是攝像機參數(shù)，而這些參數(shù)通常是未知的，攝像機標定實驗的作用 就是通過計算確定攝像機的幾何、光學參數(shù)，攝像機相對于世界坐標系的方位。攝像機成像模型是攝像機標定的根底，確定了成像模型才能確定攝像機內(nèi)外參數(shù) 的個數(shù)和求解的方法。電

2、腦視覺研究中，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中的中心投影， 也稱為針孔模型。實 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成像模型。在實際攝像機的使用過程中，為方便計算人們常常設置多個坐標系，因此空 間點的成像過程必然涉及到許多坐標系之間的相互轉(zhuǎn)化，下面主要闡述幾個重要坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖22世界坐標系與攝像機坐標系空間關(guān)系世界坐標系與攝像機坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:XcXwYcRTYwZcot1Z w反映的是世界R和T分別是從世界坐標系到攝像機坐標系的旋轉(zhuǎn)變換和平移變換系數(shù), 坐標系和攝像機坐標系之間的關(guān)系，因此稱為外參數(shù)。像素坐

3、標圖2.3像素坐標系假設攝像機焦距f=1，那么圖像物理坐標系與像素坐標系之間的關(guān)系如下:uSx xuUovSy yuVo那么圖像的像素坐標與歸一化圖像坐標p之間以齊次坐標表示為:Kps Uo Xc /Zc fv Vo yc / zc 0 1 1本實驗使用國際象棋棋盤格標定板，在A4紙上打印使用，規(guī)格為6*5，棋盤格大小為3cm。圖2.4實驗使用的標定板實驗使用 攝像機進行圖片采集。三、攝像機標定方法考慮到傳統(tǒng)方法對實驗設備要求較高，操作繁瑣等缺點，本實驗決定使用著 名的張正友標定方法進行實驗。XuYXs vK r1a g tK r1r2t Y0111圖3.1張正友標定成像模型根本原理:設 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由于攝像機內(nèi)有五個內(nèi)部參數(shù)，所以當圖像數(shù)目大于等于三時即可求出內(nèi)部參數(shù)唯一解。四、實驗步驟與結(jié)果16幅為提高實驗精度，本實驗從八個不同的距離，每個距離兩個角度采集圖片圖4.1標定所用圖片運行程序，獲得內(nèi)外參數(shù)實驗結(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實驗求得的內(nèi)外部參數(shù)比照試驗MATLAB比照試驗結(jié)果如下:五、實驗誤差分析在本實驗中，誤差來源主要有系統(tǒng)誤差和偶然誤差，系統(tǒng)誤差是攝像頭配置不高，在成