2023年計(jì)算機(jī)視覺第二次作業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

廈門大學(xué)

計(jì)算機(jī)視覺實(shí)驗(yàn)報(bào)告

攝像機(jī)標(biāo)定

姓名:孫振強(qiáng)

00學(xué)號(hào)：351

時(shí)間:2023.11.23

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

學(xué)習(xí)使用0PenCV并運(yùn)用OpenCV進(jìn)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

2.1攝像機(jī)標(biāo)定的作用

在計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用問題中，有時(shí)需要運(yùn)用二位圖像還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程中，三維空間中某點(diǎn)的

位置與二維圖像中相應(yīng)點(diǎn)之間的互相關(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

用就是通過計(jì)算擬定攝像機(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。

2.2攝像機(jī)標(biāo)定的基本原理

2.2.1攝像機(jī)成像模型

攝像機(jī)成像模型是攝像機(jī)標(biāo)定的基礎(chǔ),擬定了成像模型才干擬定攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)

的個(gè)數(shù)和求解的方法。計(jì)算機(jī)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，抱負(fù)的投影成像模型是光學(xué)中的中心投影,也稱為針孔模型。

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。

「（x.y,z）

2.2.2坐標(biāo)變換

在實(shí)際攝像機(jī)的使用過程中，為方便計(jì)算人們經(jīng)常設(shè)立多個(gè)坐標(biāo)系，因此空間

點(diǎn)的成像過程必然涉及到許多坐標(biāo)系之間的互相轉(zhuǎn)化，下面重要闡述幾個(gè)重要坐

標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

2.2.2.1世界坐標(biāo)系-攝像機(jī)坐標(biāo)系

圖2.2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:

T］匕

1

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)，反映的是世界

坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，因此稱為外參數(shù)。

2.2.2.1物理坐標(biāo)系-像素坐標(biāo)系

圖像物理坐標(biāo)原點(diǎn)0映射到

像素坐標(biāo)

圖2.3像素坐標(biāo)系

假設(shè)攝像機(jī)焦距f=1,則圖像物理坐標(biāo)系與像素坐標(biāo)系之間的關(guān)系如下:

U=Sx-Xu+Un

v

=sy-yu+v0

則圖像的像素坐標(biāo)與歸一化圖像坐標(biāo)P之間以齊次坐標(biāo)表達(dá)為：

Ufusu0Jxc/zc'

m=v。/1.%”/z0=Kp

10011

K可以看做攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣。

2.3實(shí)驗(yàn)用標(biāo)定板及攝像機(jī)說明

本實(shí)驗(yàn)使用國(guó)際象棋棋盤格標(biāo)定板，在A4紙上打印使用，規(guī)格為6*5,棋盤格大小為3

cmo

圖2.4實(shí)驗(yàn)使用的標(biāo)定板

實(shí)驗(yàn)使用手機(jī)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)備規(guī)定較高，操作繁瑣等缺陷，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)。

圖3.1張正友標(biāo)定成像模型

基本原理:

rf

設(shè)〃=[〃]h24]=2KL2]

則根據(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)矩陣的基本約束：

T

h[K-K-'h2=0

h^K-TK-\=h[K-TK-\

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)環(huán)節(jié)與結(jié)果

4.1實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

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16幅圖

片0

圖4.1標(biāo)定所用圖片

運(yùn)營(yíng)程序，獲得內(nèi)外參數(shù)。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.2.10PENCV實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:

INTRINSICMAT：

[144.43870.0000312.4572]

[0.000074.3432212.4223]

[0.00000.00001.0000]

DISTORTIONUECTOR：

[0.0112-0.00040.01340.00301

(ROTATIONUECTOR：

[1.19942.34430.2133J

TRANSLATIONUECTOR：

I[-299.5622-599.4558223.2447]

情按任意鍵繼續(xù)..?

圖4.2實(shí)驗(yàn)求得的內(nèi)外部參數(shù)

4.2.2MATLAB對(duì)比實(shí)驗(yàn)