单幅图像相机标定新法：基于"T"型正交物体的高效畸变与内外参数确定

本文主要探讨了一种新颖的机器视觉相机标定方法，通过利用两个正交的一维物体（例如，两条相互垂直的线条或条形码）构建一个"T"型靶标。该方法的独特之处在于简化了标定过程，仅需对"T"型靶标在单一图像上投影的5个已知坐标的点进行测量。标定的核心步骤包括： 1. **投影分析**：通过对"T"型靶标上的点进行拍摄，首先识别并提取图像中的四个虚拟点（由两个正交线段的交点形成），以及已知坐标的五个标记点。 2. **柔性靶标原理应用**：基于柔性靶标原理，这些点可以被假设在同一个平面上，即使在镜头存在一阶径向畸变的情况下。通过共线性关系，这四个虚拟点与五个标记点可以用于推导镜头的畸变参数。 3. **标定参数**：利用射影变换的特性，如同素性（相似性）、接合性（投影的连续性）以及交比不变性（对应点的交叉比在不同焦距下保持不变），来估计并校准镜头的畸变系数，这是传统方法中非线性优化过程的改进，避免了参数间的耦合问题。 4. **畸变校正**：在获得畸变参数后，对原始图像进行畸变校正，使得后续的标定更为准确。 5. **内外参数标定**：通过基于两个正交一维物体坐标的变换，可以进一步计算出相机的内外参数，如焦距、主点位置等，从而完成全面的相机标定。 6. **稳定性与精度**：实验结果显示，如果不对镜头畸变进行校正，相机标定的精度会随着图像噪声的增加而变得不稳定。然而，通过畸变校正后优化简单的标定计算，能够得到更稳定且高精度的标定结果。 7. **优点与实用性**：该方法的优点在于设备简单，操作便捷，只需要一幅图像就能实现实时的镜头畸变和相机内外参数的标定，这对于工业自动化和实时监控系统具有很高的实用价值。 本文提出的基于两个正交一维物体的单幅图像相机标定方法，提供了一种高效、精确且易于实施的解决方案，对于降低标定复杂度，提高系统实时性和稳定性具有重要意义。