摄像机标定技术与三维重建

"摄象机定标的技术资料，包含了摄象机定标的理论与方法，由模式识别国家重点实验室提供" 摄相机定标是计算机视觉领域中的一个重要环节，它涉及到图像处理和三维重建技术。定标的目标是确定摄相机的内在特性，包括其光学和几何属性，以便将图像坐标系中的像素点转换到世界坐标系中，从而进行精确的三维重建。 1、引言 计算机视觉的主要目标之一是实现三维重建，即通过图像数据推断出场景中物体的三维位置。这个过程包含三个主要步骤：图像对应点的确定、摄像机标定和摄像机运动参数的确定。摄像机标定是其中的基础，它确定了摄像机内部参数，包括镜头畸变、焦距、主点位置等。 2、摄像机坐标系与图像坐标系 - **世界坐标系**：一个全局参考框架，用于描述场景中所有物体的位置。 - **摄像机坐标系**：以摄像机的光心为原点，Z轴指向摄像机的视轴，X轴和Y轴分别与成像平面垂直和水平。 - **图像坐标系**：每个像素对应一个坐标，u和v分别代表水平和垂直方向的像素位置。 3、摄像机标定方法分类 - **传统标定方法**：通常利用已知几何形状的物体（如棋盘格）作为标定对象，通过捕捉不同视角下的图像来计算内参数和外参数。 - **主动视觉摄像机标定**：这种方法使用硬件或软件手段改变环境光照或摄像机自身状态来进行标定。 - **自标定方法**：摄像机通过自身的运动和图像序列来估计自身的参数，无需外部标定对象。 4、坐标转换与数学模型 - **坐标转换公式**：将图像坐标(u, v)转换到摄像机坐标系(x, y, z)，再转换到世界坐标系(X, Y, Z)，涉及到了内参数矩阵K和外参数R（旋转矩阵）和平移向量T。 - **内参数矩阵K**：包括焦距f，主点坐标(cu, cv)，以及畸变系数等，用于描述图像中心到光轴的距离以及镜头的非线性失真。 - **齐次坐标**：在处理几何变换时常用，可以表示平移和旋转等操作。 5、摄相机标定的具体步骤 - **特征检测**：在标定图案上找到特征点。 - **匹配和对应**：在不同图像中找到同一特征点的对应关系。 - **线性化和优化**：利用最小二乘法等优化算法估计参数。 - **验证和迭代**：检查标定结果的精度，并根据需要进行迭代优化。 总结来说，摄相机定标是计算机视觉系统中的基础工作，它对于提高图像处理和三维重建的精度至关重要。通过理解并应用不同的定标方法和技术，可以有效地纠正图像畸变，准确地恢复三维空间信息。