仅用一幅平面标定物图像的摄像机标定方法

摘要

本发明涉及一种仅用一幅平面标定物图像的摄像机标定方法，在平面物体上设置两组已知间距的正交平行直线作为标定物，沿摄像机光轴与平面标定物倾斜的方向拍摄一幅图像，使图像上两组平行线大致在图像的纵横两个方向；提取图像中平行线的交点并对平行线进行直线拟合，从每组平行线的拟合直线中找出残差最小的一条，以两条最小残差拟合直线的交点为主点初值，根据残差与畸变系数的关系求出畸变系数的初值；以所有拟合直线的残差之和为目标函数，利用最优化方法对主点和畸变系数进行优化；利用畸变模型去除图像畸变，求出各交点的无畸变图像坐标；利用交点的无畸变图像坐标及其在平面标定物上的世界坐标，通过线性变换求出摄像机全部参数，完成标定。

主权项

1.一种仅用一幅平面标定物图像的摄像机标定方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)设定平面标定物：在一个平面物体上设置两组平行直线作为平面标定物，这两组平行直线互相垂直，且每组中各平行线之间距离已知，从而构成边长已知的平面方格图形作为平面标定物；2)拍摄平面标定物图像：用需要标定的摄像机拍摄平面标定物的一幅图像，拍摄时摄像机光轴相对平面标定物倾斜一个角度，摄像机光轴与平面标定物法线的夹角在15°至35°之间，并绕光轴旋转摄像机，使平面标定物图像上两组平行线大致在图像的纵横两个方向；3)估计主点和畸变系数：提取平面标定物图像上各平行线交点在所摄图像中的坐标，从位于同一条直线上的各个交点用最小二乘法拟合出一条直线，从而形成纵横两组拟合直线；然后，从纵向拟合直线中找出拟合残差最小的一条，从横向拟合直线中找出拟合残差最小的一条，并求出这两条直线的交点，以该交点坐标作为摄像机主点的初值；再根据纵横两组拟合直线的残差与畸变系数的关系，求出畸变系数的初值；4)对主点和畸变系数进行优化：以图像中所有拟合直线的残差之和为目标函数，利用最优化方法对摄像机主点和畸变系数进行最小化寻优，求出摄像机主点和畸变系数的最优值；5)去除图像的畸变：利用摄像机主点和畸变系数的最优值，根据摄像机镜头的畸变模型去除图像的畸变，求出各交点的无畸变图像坐标；6)求摄像机的主距和外部参数：利用上一步所求交点的无畸变图像坐标及与其对应的平面标定物上的世界坐标，通过直接线性变换方法求出摄像机的主距和外部参数，完成摄像机标定。