论文单目数码相机的几何标定方法，该文是数码类在职开题报告范文和数码相机和标定和单目数码相机有关论文范文文献.
张涛
（河南省测绘工程院, 河南郑州45000）
摘 要：以河南省测绘工程院开发设计的数码相机几何标定软件为依托,介绍一种单目数码相机几何标定的简单方法.关键词：河南省测绘工程院； 单目数码相机； 几何标定
1 背景介绍
普通数码相机要具备量测性必须先进行几何标定[1],旨在获取相机与客观物理世界尺度相关联的相机参数.数码相机的几何标定一般采用室外几何检校场检校[2]和室内标志物检校[3].建立室外几何检校场代价较高,室内标志物检校在标志物的精准测量和建设上代价也不低.近年来在人工智能科学方面,机器视觉领域OPENCV 开源了基于棋盘格靶标的检校方法,广泛用于微距相机或摄像头的检校,多种文献均表述了其检校精度可以达到亚像素级[3].笔者在OPENCV 开源视觉算法基础上设计开发了一款单目数码相机简易几何标定软件.本文将以此软件为依托介绍索尼A5100 相机几何标定应用实例.
2 主要应用流程
2.1 自主开发软件介绍
软件以VC++6.0 为平台基于OPENCV 和GDAL/OGR自主开发.棋盘格角点检测算法采用OPENCV,其他图像读取存储和处理算法均采用底层开发[4].软件主界面如下：
完成索尼A5100 相机标定实例工程用到的功能包括以下部分：
(1) 输出真彩色定标靶；(2) 半自动量测靶标点；(3) 提取靶标点；(4) 计算标定参数；(5) 自动复测靶标点；(6) 剔除粗差靶标；(7) 本软件相机参数输出Australis 工程；(8) 设置其他检校参数训练改正映射模板.
2.2 工作流程
首先利用软件系统生成预制格网物理尺寸和数目的真彩色数字靶标影像,在平板电视上回放或者由专业打印机打印数字标靶影像,手工制作标定板；操作待标定的相机从各个角度和距离对标定板进行拍照采集样本影像；导出样本影像利用软件采用半自动或全自动的方式对样本影像中的靶标进行量测提取坐标；利用量测的坐标数据进行解算输出标定参数；利用标定参数训练生成相机畸变改正模板影像,最后在实际的工程应用中利用畸变改正模板影像掩膜改正相机畸变生成无相机畸变影像[5].流程框图如下：
3 具体的过程和方法
3.1 定标靶制作
点击“输出数字定标靶”按钮,设置输出数字定标靶影像参数和输出影像文件存储路径.
可以将数字定标靶影像回放到平板电视机上或者利用回放精度控制在0.1mm 的专业惠普打印机[6],用亚光相纸按照254dpi 打印出标靶影像,粘贴在钢化玻璃平板上制成标定板.本文实例采用第二种方法制作标定板实物如图5 所示.
3.2 采集标定样本影像
将待标定的索尼A5100相机镜头对准标定板实物,从不同角度、不同距离拍摄样本影像,注意每一张影像必须全包含标定板靶标画面,拍摄的影像尽可能多地包括空间所有的方向,一般可以采用在三种距离上相机分别沿着垂直、水平、左对角线、右对角线进行拍摄,并且旋转相机180°之后重复上述方向进行一组样本影像拍摄采集.拍摄完之后下载所拍摄样本影像到PC 上,剔除靶标景物拍摄不全、拍摄影像质量欠佳的影像样本.最终本案例可用的有效样本数量为251 个,部分样本影像如图6 所示.
3.3 半自动量测靶标点
点击“半自动量测靶标点”按钮,选择采集样本影像集合路径,并设置靶标属性参数,设置完成后程序自动运行,弹出用户交互式采集四角靶标点界面,按照“A1—B2—C3—D4”先后顺序手动采集靶标四角点,采集完成后点位处出现红圈,如图7 所示.手动量测四角靶标格点是为了对目标靶标区建立仿射变换[7] 进行粗定位,目标区粗定位的结果会引导程序自动精化量测所有靶标格网点的像面坐标值,如图8 所示.
所有样本靶标量测完成之后,每张样本影像文件夹下会各生成一个* .corner 文件,此文件记录每个样本提取量测的靶标格像平面坐标和其对应的物方坐标值,格式如图9 所示.
3.4 提取靶标点
点击“提取靶标点”按钮,自动提取合并所有样本的靶标量测* .corner 文件为“all_corner.zt”文件,格式如图10 所示.
3.5 计算相机标定参数
点击“计算标定参数”按钮,读取3.4 步骤提取合并的所有样本影像靶标量测值“all_corner.zt”文件,程序自动解算得到相机标定参数,“相机检校参数.txt”文件,见图11、图12.
3.6 自动复测靶标点
点击“自动复测靶标点”按钮,读取3.5 步骤生成的“相机检校参数.txt”文件,程序将自动复测精化量测所有样本影像的靶标,大大提高靶标量测的准确性和检校的稳健性.复测将重新生成每张样本影像对应的靶标量测文件*.corner 文件,不同之处在于在影像名称后上自动添加了“_adjust”.可以重复3.4、3.5、3.6 步骤直至得到较满意的相机标定参数文件.3.7 剔除粗差靶标
点击“剔除粗差靶标”按钮,读取“相机检校参数.txt”文件,设置剔除粗差的参数（图13）,程序将自动进行不断剔除观测值粗差,反复迭代计算,直至达到预置的精度条件[8].
3.8 输出Australis 检校工程
点击“本软件相机参数输出Australis 工程”按钮,读取“相机检校参数.txt”文件,可以将本次检校工程完整等效地转换为Australis 相机检校工程,可以将样本观测值在权威的Australis 软件系统下进行解算（图14）,得到Australis 格式的相机参数[9].
3.9 训练改正映射模板
点击“设置其它检校参数训练改正模板”按钮,利用3.7 和3.8 步骤的相机参数,生成该相机的畸变改正模板影像作为该相机畸变的通用模型,软件界面如图15 所示.利用该模板影像通过掩膜计算就可以很直接地得到该相机的无主点偏移,无透镜畸变的影像,简便地应用于后续的摄影测量工程和基于影像的三维视场重建工程[10].
4 结束语
本文以笔者在OPENCV 开源视觉算法基础上设计开发的几何标定软件为依托介绍了索尼A5100 相机的几何标定应用实例,理念先进,方法简单可靠,为普通数码相机的几何标定提供了完整的工作流程和软件方案.开发的软件界面友好,算法上创新性地采用靶标区手工粗定位来引导格点的自动精化量测的方法,大幅度提升软件自动量测靶标格点的准确性和成功率,算法鲁棒性好,检校结果能够与同行业权威软件结果互通参照,在机器视觉和无人机航摄工程领域有很强的实践意义和应用效益.
参考文献
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综上而言,这篇文章为一篇关于数码相机和标定和单目数码相机方面的数码论文题目、论文提纲、数码论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.
参考文献：
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