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数码相机标定及相关技术的研究

作　者: 刘金凤
导　师: 朱庆生
学　校: 重庆大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 三维重建数码相机标定线段标定法加权平均误差
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 403次
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内容摘要

人类视觉过程可看成是一个复杂的从感觉到知觉的过程,也就是指三维世界投影得到二维图像,再由二维图像认知三维世界的内容和含义的过程。信号处理理论与计算机出现以后,人们用摄像机等获取环境图像并转换成数字信号,完成对视觉信息的获取和传输过程,用计算机实现对视觉信息的处理、存储和理解等过程,形成了计算机视觉这门新兴学科。其中从二维图像恢复三维物体可见表面的几何结构的工作就叫做三维重建。随着计算机硬件、软件、图像采集、处理技术的迅速发展,三维重建的理论和技术已被广泛应用于医学图像处理、机器人技术、文字识别、工业检测、军事侦察、地理勘察、现场测量和虚拟植物可视化等领域。相机标定是三维重建必不可少的步骤,它包括对诸如主点坐标、焦距等与相机内部结构有关的内部参数的确定和对相机的旋转、平移这些外部参数的确定。价格低廉的实验器材、简单的实验环境、快捷的标定速度和较高的标定精度是现在相机标定研究追求的几大方向。数码相机的标定就是研究的热点之一。本文对相机标定技术进行了全面地研究和总结,介绍了相机标定研究背景、研究现状、分类和相机模型的基础知识。提出了两种新的标定过程简单的标定方法。并将这种思想应用于经典的张正友相机标定方法中,得到较好的改进效果。还系统地总结了评价相机标定方法的几个标准,提出了加权平均误差法评价相机标定结果的方法。论文的创新部分内容概括如下:(1)提出了基于线段的一维标定物的标定方法求内参。这种方法将相机的成像模型看成理想无畸变的成像模型,根据数码相机的出厂参数信息和成像的几何关系,方便地求出数码相机的内参数,并将这个结果作为张正友法中迭代求精的初始值。通过实验证明了这种方法的可取性。(2)提出了一种新的基于三维标定物的标定方法。这种三维标定物是用两个相互垂直的相交平面中作三条相互垂直且相交的直线组成的。这种方法的标定物制作简单,计算的复杂性也较低。实验表明这种标定方法标定结果比较精确。(3)在总结了现有的评价相机标定结果的四种方法:图像的噪声、实验图像的数目、与经典方法的结果相比较、计算投影点或反投影点的误差的基础上,提出了一种加权平均误差法评价相机标定的结果的方法。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-10
    1.1.1 计算机视觉与三维重建  8-9
    1.1.2 数码相机标定及其重要性  9-10
  1.2 本文的研究内容及意义  10-11
    1.2.1 研究内容  10
    1.2.2 研究意义  10-11
  1.3 本文的结构安排  11-12
  1.4 小结  12-13
2 相机标定技术的分类及研究现状  13-17
  2.1 相机标定技术的分类  13-14
    2.1.1 传统标定方法  13-14
    2.1.2 基于主动视觉的标定方法  14
    2.1.3 自标定方法  14
  2.2 研究现状  14-16
    2.2.1 传统标定方法的研究现状  14-15
    2.2.2 基于主动视觉标定方法研究现状  15-16
    2.2.3 自标定方法的研究现状  16
  2.3 小结  16-17
3 基础知识与经典的相机标定方法  17-26
  3.1 射影几何  17-18
    3.1.1 齐次坐标  17
    3.1.2 二维射影  17-18
    3.1.3 三维射影  18
  3.2 相机模型  18-23
    3.2.1 理想透视模型——针孔成像模型  18-22
    3.2.2 实际成像模型  22-23
  3.3 经典标定方法——张正友法  23-25
    3.3.1 相机参数的初始估计  23-24
    3.3.2 优化函数迭代求精  24-25
  3.4 小结  25-26
4 基于标定物的数码相机标定改进方法  26-31
  4.1 基于一维标定物的线段标定法  26-27
  4.2 改进的基于三维标定物的数码相机标定  27-30
  4.3 小结  30-31
5 相机标定方法的评价标准  31-34
  5.1 相机标定的评价方法  31
  5.2 度量距离的方法  31-33
  5.3 加权平均误差法评价标定方法  33
  5.4 小结  33-34
6 实验设计与结果分析  34-46
  6.1 实验设备  34
  6.2 线段标定法求内参实验  34-36
  6.3 基于线段标定法改进张正友法的标定实验  36-42
  6.4 三维模板的标定实验  42-44
  6.5 实验结论  44-45
  6.6 小结  45-46
7 总结与展望  46-48
  7.1 论文总结  46
  7.2 对未来研究工作的展望  46-48
致谢  48-49
参考文献  49-52
附录  52

数码相机标定及相关技术的研究

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