相機標定讀書報告

攝像機標定相關(guān)問題研究學員：田苗專業(yè)：導航、制導與控制導師：郝向陽主要內(nèi)容攝像機標定的背景與意義攝像機標定的主要方法心得體會攝像機標定的背景與意義視覺應用中，相機參數(shù)的標定是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其標定結(jié)果的精度及算法的穩(wěn)定性直接影響相機工作產(chǎn)生結(jié)果的準確性。因此，做好相機標定是做好后續(xù)工作的前提，提高標定精度是科研工作的重點所在。攝像機標定技術(shù)分為三類：傳統(tǒng)攝像機標定基于主動視覺的攝像機標定攝像機自標定傳統(tǒng)相機標定常用的標定塊傳統(tǒng)相機標定直接線性變化法（DLT）這個方法是由Abdel-Aziz和Karara于1971年首先提出來的。他們從攝影測量學的角度深入研究了相機圖像和環(huán)境物體之間的關(guān)系，建立了相機成像幾何的線性模型。需要6組以上的對應點就可以完成相機標定。優(yōu)點：計算簡單，實時性強缺點：沒有考慮任何畸變，精度不高80年代中期Tsai提出的基于RAC的定標方法是計算機視覺像機定標方面的一項重要工作，該方法的核心是利用徑向一致約束來求解除像機光軸方向的平移外的其它像機外參數(shù)，然后再求解像機的其它參數(shù)?；趶较蚣s束的攝像機標定（RAC）投影點理想位置與實際位置TSAIRY．AVersatileCameraCalibrationTechniqueforHighAccuracy3DMachineVisionMetrologyUsingOff-the-ShelfTVCamerasandLenses［J］．IEEEJRoboticsandAutomation，1987，3(4):323-344．優(yōu)點：定標過程快捷，準確。缺點：只考慮了相機的徑向畸變，沒有考慮其他畸變。

基于徑向約束的攝像機標定（RAC）張正友標定法微軟實驗室的張正友提出了基于2D標定物的平面兩步標定方法。從不同角度拍攝3幅以上的圖像ZHANGZ．AFlexibleNewTechniqueforCameraCalibration［J］．IEEETransPatternAnalysisandMachineIntelligence，2002，22(11):1330-1334．該方法既具有較好的魯棒性又不需昂貴的精制標定塊，實用性強。由于假定模板圖像上的直線經(jīng)透視投影仍然為直線，進而進行圖像處理，實際上引入了誤差。張正友標定法優(yōu)點缺點基于主動視覺的標定基于主動視覺的標定方法，即通過利用主動視覺系統(tǒng)控制攝像機做特定運動來直接獲取攝像機運動參數(shù)，即攝像機外參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)和平移。中科院自動化所的馬頌德1996年在IEEE會議上提出了基于攝像機三正交平移運動（即每組包含三次兩兩正交的運動）的標定方法是目前文獻中最系統(tǒng)的關(guān)于基于主動視覺進行攝像機標定的方法。僅能標定四參數(shù)模型的攝像機，對于五參數(shù)模型不再適用。缺點胡占義主動視覺相機標定法照相機的二正交運動比三正交運動更容易實現(xiàn)?？梢郧蠼鈹z像機的所有5個內(nèi)參數(shù)，馬頌德的方法可以求解4個內(nèi)參數(shù)。優(yōu)點攝像機自標定20世紀90年代初，F(xiàn)augeras等人首先提出了“自標定(Self-Calibration)”的概念，使在攝像機運動任意、場景未知的一般情況下也能對攝像機做出標定。從本質(zhì)上說，所有自標定方法都只是利用了攝像機內(nèi)參數(shù)自身存在的約束，這些約束與場景和攝像機的運動無關(guān)，這也是自標定方法較前兩種標定方法更靈活的原因攝像機自標定自標定是指不需要標定塊，僅僅通過圖像點之間的對應關(guān)系對攝像機進行標定的過程。靈活方便精度不太高，魯棒性不足優(yōu)點缺點標定方法優(yōu)點缺點適用場合傳統(tǒng)的標定方法可以獲得較高的精度標定過程復雜，需要高精度的已知結(jié)構(gòu)精度要求高且相機參數(shù)基本不變基于主動視覺的標定方法相機模型參數(shù)可以線性求解，計算簡單，魯棒性較高系統(tǒng)成本高相機運動信息已知自標定方法不需要已知標定塊，有更好的靈活性實用性精度不高需要經(jīng)常調(diào)整相機或者無法設置參照物主要標定方法比較攝像機標定方法的最新研究成果2013年系統(tǒng)仿真學報上的《一種改進的單視圖相機標定算法》提出了一種通過提取三個方向的平行線而進行攝像機標定的方法。標定結(jié)果不穩(wěn)定，誤差較大精度相對較高，操作簡單適用于存在大量正交平面組成的人造結(jié)構(gòu)場景和建筑物場景。優(yōu)點缺點2014年天津大學精密測試技術(shù)及儀器國家重點實驗室的劉書桂等人提出了分區(qū)域相機標定。分區(qū)域標定法的精度優(yōu)于單區(qū)域標定法，20000個標定點的總誤差降低了17％（Ｎ＝８），單點平均誤差降低了20％左右。這一相機標定法可以應用于工業(yè)視覺測量，特別是大工件測量領(lǐng)域。吳文歡在2012年提出一種利用SURF特征快速標定相機焦距的方法?？焖?、有效由于采用的是單參數(shù)的模型，其他參數(shù)不夠精確時，精度不夠高。2013年武漢大學的何海清發(fā)表了論文《一種穩(wěn)健估計的無人機機載相機標定法》。利用穩(wěn)健估計平差法參與相機標定，從Robust原理迭代選擇權(quán)，逐步消弱角點定位粗差對內(nèi)參數(shù)估計的影響。這是一種專門針對無人機機載相機參數(shù)需頻繁地高精度標定的方法。優(yōu)點缺點心得體會發(fā)展到今天，相機標定的理論已經(jīng)相當成熟，但是在實用性和精度上仍然有必要進一步深入研究，其發(fā)展趨勢可以歸結(jié)成以下幾個