Matlab摄像机标定工具箱的使用说明

摄像机标定工具箱

1.1 Matlab 摄像机标定工具箱

工具箱下载：http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/download/index.html

说明文档：http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/

安装：将下载的工具箱文件 toolbox_calib.zip 解压缩，将目录 toolbox_calib 拷贝到

Matlab 的目录下。

采集图像：采集的图像统一命名后，拷贝到 toolbox_calib 目录中。命名规则为基本名

和编号，基本名在前，后面直接跟着数字编号。编号最多为 3 位十进制数字。

s

机的 x、y 轴之间不垂直带来的耦合放大系数，(u

0

, v

0

)是光轴中心点的图像坐标即主点坐标，

(x

c1

, y

c1

)是焦距归一化成像平面上的成像点坐标。k

c

是摄像机的实际 y 轴与理想 y

轴之间的夹角，单位为弧度。

(1-2)

式中：(x

c1d

, y

c1d

)是焦距归一化成像平面上的成像点畸变后的坐标，k

c1

是 2 阶径向畸变系数，

是切向畸变系数，r 为成像点到

命令窗口运行 calib_gui 指令，弹出图 1 所示选择窗口。

图 1 内存使用方式窗口

图 1 窗口中，具有两个选项，分别是“Standard”和“Memory efficient”。如果点击选择

“Standard”，则将目录中的所有图像读入内存中，所需内存较大。如果点击选择“ Memory

efficient”，则将目录中的图像按照需要每次一幅图像读入内存中，所需内存较小。在选择

了内存使用方式后，弹出标定工具箱操作面板。图 2 是选择“Standard”后弹出的标定工具箱

操作面板。

图 2 标定工具箱操作面板

图 2 所示的标定工具箱操作面板具有 16 个操作命令键，其功能如下：

(6) “Project on images”键：按照摄像机的内参数以及摄像机的外参数(即靶标坐标系相

对于摄像机坐标系的变换关系)，根据网格点的笛卡尔空间坐标，将网格角点反投影到图像

空间。

(7) “Analyse error”键：图像空间的误差分析

(8) “Recomp. corners”键：重新提取网格角点。

(9) “Add/Suppress images”键：增加/删除图像。

(10) “Save”键：保存标定结果。将内参数标定结果以及摄像机与靶标之间的外参数保

存为 m 文件 Calib_results.m，存放于 toolbox_calib 目录中。

(11) “Load” 键 ： 读 入标定 结 果 。 从 存 放 于 toolbox_calib 目 录 中 的 标 定 结 果 文 件

Calib_results.mat 读入。

1.1.3 内参数标定

预先将命名为 Image1～Image20 的 tif 格式的 20 幅靶标图像保存在 toolbox_calib 目录中。

当然，采集的靶标图像也可以采用不同的格式，如 bmp 格式、jpg 格式等。但应注意，用

于标定的靶标图像需要采用相同的图像格式。摄像机的内参数标定过程，如下所述。

(1) 指定图像基本名与图像格式

在图 2 所示的标定工具箱操作面板点击“Image names”键，在 Matlab 命令窗口分别输入

基本名 Image 和图像格式 t，出现下述对话内容：

Basename camera calibration images (without number nor suffix): Image

Image format: ([]='r'='ras', 'b'='bmp', 't'='tif', 'p'='pgm', 'j'='jpg', 'm'='ppm') t

Loading image 1...2...3...4...5...6...7...8...9...10...11...12...13...14...15...16...17...18...19...20...

同时，在 Matlab 的图形窗口显示出 20 幅靶标图像，如图 3 所示。

图 3 靶标图像

(2) 提取角点

在图 2 所示的标定工具箱操作面板点击“Extract grid corners”键。

 在 Matlab 命令窗口出现“Number(s) of image(s) to process ([] = all images) =”时，输

入要进行角点提取的靶标图像的编号并回车。直接回车表示选用缺省值。选择缺

省值式，对读入的所有的靶标图像进行角点提取。

 在 Matlab 命令窗口出现“Window size for corner finder (wintx and winty): ”时，分别

在“wintx ([] = 5) =”和“winty ([] = 5) =”输入行中输入角点提取区域的窗口半宽 m 和

半高 n。m 和 n 为正整数，单位为像素，缺省值为 5 个像素。选定 m 和 n 后，命令

窗口显示角点提取区域的窗口尺寸(2n+1)x(2m+1)。例如，选择缺省时角点提取区

度，甚至导致角点提取错误。

 在 Matlab 命令窗口出现“Size dX of each square along the X direction ([]=100mm) = ”

和“Size dY of each square along the Y direction ([]=100mm) = ”时，分别输入方格长

度和宽度，单位为 mm。方格长度和宽度的缺省值均为 100mm。

 在 Matlab 命令窗口出现“Need of an initial guess for distortion? ([]=no, other=yes) ”时，

如果选择 no 则不输入畸变初始值，如果选择 yes 则输入畸变初始值。输入的畸变

初 始 值 ， 将 同 时 赋 值 给 需 要 估 计 的 5 个 畸 变 系 数 ， 即 径 向 畸 变 系 数

kc(1)、kc(2)、kc(5)和切向畸变系数 kc(3)、kc(4)。如果不估计 6 阶径向畸变系数

kc(5)，则 kc(5)被赋值为 0。

按照上述步骤，对用于标定的每一幅靶标图像进行角点提取。例如，m=5，n=5 时，

角点提取区域的窗口尺寸为 11x11 像素，未输入畸变初始值，此时图像 Image6 的角点提取

结果如图 4 所示。图 4(a)只标出了待提取角点的位置，图 4(b)标出了角点提取区域窗口和

提取出的角点。从图 4 中可以发现，图 4(a)中的十字标记位置与角点具有明显偏差，但在

角点附近；图 4(b)中的每个角点提取区域窗口包含了角点，表示角点提取结果的十字标记

口没有包含角点，表示角点提取结果的十字标记位置并不在角点位置，说明角点提取存在

错误。

图 4 合适的靶标选定区域与角点提取结果，(a) 靶标选定区域，(b) 角点提取结果

(3) 内参数标定

对用于标定的每一幅靶标图像进行角点提取后，在图 2 所示的标定工具箱操作面板点

击“Calibration”键，即可完成摄像机的内参数标定。

内参数标定时，Matlab 工具箱首先进行初始化，即将图像中心点坐标作为主点坐标的

初始值，采用平面靶标网格的消失点估计出摄像机的内参数作为内参数的初始值，畸变初