两步法摄像机标定：高精度机器视觉测量的实用技术

本文档介绍了一种由Tsai提出的两阶段摄像机标定技术，该技术在1987年的《IEEE Journal of Robotics and Automation》上发表，对于高精度的三维机器视觉测量具有重要意义。标题"A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology"表明了其核心内容：一种适用于工业级电视摄像头和镜头的通用相机校准方法，旨在提升摄像机相对于物体参考坐标系统的外部位置和方向估计，以及有效焦距、径向镜头畸变和图像扫描参数的精确计算。 Tsai的两步法技术相比于当时现有的校准技术，具备显著的优势，包括更高的精度、更快的计算速度和更大的适应性。它首先对摄像机的内在参数（如焦距、像素尺寸等）进行估计，然后通过第二个阶段处理外在参数（即姿态和镜头畸变）。这种分步骤的方法简化了复杂性，并允许对这些参数进行独立调整，提高了标定的灵活性。 文章首先对当时的摄像机校准技术进行了详尽的批判性评估，概述了其局限性和改进空间。接着，作者建立了理论框架，并在五个附录中提供了详尽的证明，这为后续的三维机器人视觉研究奠定了基础。通过实测数据展示了这种方法的实际应用，报告了准确性和速度的具体数值，同时对实验结果进行了深入分析，与理论预测进行了对比。 值得注意的是，该文指出近期的研究趋势显示，Tsai的两步法摄像机标定技术已经成为了工业界的标准实践之一，尤其是在需要高精度3D视觉检测和测量的领域，如自动化生产线上的物体识别、机器人导航等。然而，随着技术的进步，未来可能会有新的挑战和优化方向，但Tsai的工作无疑为这个领域的技术发展起到了关键的推动作用。