用MATLAB标定摄像机
相机标定是估计相机的内在、外在和镜头畸变参数的过程。对于增强现实系统来说,校正任何光学畸变工件、估计物体与相机的距离、测量图像中物体的大小以及构建3D视图都是必不可少的过程。计算机视觉工具箱™提供的应用程序和功能,以执行所有基本的任务相机标定工作流程,包括:
- 全自动检测和定位棋盘格校准模式,包括角检测亚像素精度
- 所有内在和外在参数的估计,包括轴的倾斜
- 径向和切向透镜畸变系数的计算
- 光学畸变校正
- 支持校准标准,鱼眼镜头,和立体视觉相机
相机校准器App而且立体相机校准器应用程序两者都允许交互选择校正图像,设置失真系数,然后估计相机参数,您可以导出到MATLAB。
相机标定是一种通过校正镜头失真或以世界单位测量物体尺寸来提高相机捕获图像质量的技术。在测量实际物体大小的机器视觉、导航和3D场景重建的机器人等应用中,校准相机是必不可少的组件。
摄像机标定包括确定摄像机的特性:内部参数和外部参数。内部参数定义了相机的内部特性,如镜头的焦距,光学中心,镜头畸变系数。知道这些参数可以让我们提高图像质量,纠正镜头失真,并将真实世界的距离映射到像素。外部参数定义了相机相对于固定物体在空间中的位置,这些参数对立体标定和运动结构至关重要。在本视频中,您将看到使用MATLAB对相机进行相机标定是多么容易,包括鱼眼镜头和立体视觉。
计算机视觉工具箱提供MATLAB函数和一个交互式应用程序执行相机标定。Camera Calibrator应用程序是一个简单和交互式界面,以完成校准工作流程。
首先,添加棋盘格校准模式的校准图像。棋盘格之所以被使用,是因为它的规则图案很容易被自动发现。为了获得准确的校准结果,建议使用10到20张图像。
接下来,以世界单位输入棋盘方格的大小,即毫米、厘米或英寸。这是寻找世界单位和图像像素之间映射的必要步骤。然后,应用程序自动检测棋盘校正模式在提供的图像。
然后,您可以通过放大检查结果来检查棋盘式检测器的准确性。这有助于发现错误的检测和删除不良图像。在选项下,还可以指定计算的径向扭曲系数的数量。当光线在透镜边缘附近比在光心处弯曲更大时,就会发生径向畸变。通常情况下,两个系数就足够了,但对于严重失真,比如广角镜头,三个系数可能是必要的。您还可以启用切向失真的估计。当镜头和相机传感器不平行时,就会发生这种失真。
现在,按下校准按钮来解决相机参数。校准完成后,可以通过可视化重投影误差来评估校准结果。Reprojection错误
是校准误差的全局度量,是图像中检测到的点与使用刚刚计算的摄像机参数重新投影到图像上的点之间的差值。这有助于识别不好的图像,您可以删除和重新校准以获得更好的结果。
您还可以可视化外部参数,以查看校准图像是从哪个角度拍摄的。这是有用的发现,当校准图像没有捕捉到足够的角度和更多的图像可能需要改善校准结果。
现在我们已经看到了标准相机的校准工作流程,让我们看看鱼眼或广角镜头的校准工作流程。
与标准相机镜头不同,这些相机使用一系列复杂的镜头来扩大相机的视野,使其能够捕捉广泛的全景或半球形图像。然而,镜头通过扭曲图像中的透视线来实现这种极其广角的视角。计算机视觉工具箱标定算法使用Scaramuzza提出的鱼眼相机模型,其中的内在参数解释了极端失真和拉伸。
在应用程序中,选择相机模型选项为“鱼眼”。在Options下,您现在可以选择启用传感器和图像平面之间的对齐估计。运行校准后,可以查看经过镜头失真补偿后的未失真图像。镜头失真是一个常见的问题,它会导致直线出现弯曲。知道了相机的内在参数,我们就可以应用一种不失真的程序来消除镜头失真,你现在可以看到,看起来弯曲的边缘现在已经被拉直了。校正镜头失真在计算机视觉应用中非常有用,比如将图像拼接在一起形成全景图,需要图像不失真才能很好地工作。
这里有一个计算机视觉工具箱的例子,展示了如何测量几枚硬币的直径,如右边的图片所示。
最后,让我们看看使用MATLAB的立体摄像机标定工作流程。立体视觉是通过比较同一场景的两个或多个视图,从相机图像中恢复深度的过程。这种计算的输出对于设计3D点云非常有用,其中每个3D点对应于图像中的一个像素。MATLAB中的立体相机校准器应用程序允许您估计立体相机对中每个相机的几何参数。你也可以估计相机对之间的平移和旋转。在app中,分别加载两个相机的校准检查板图像,然后按照之前的步骤进行校准和分析结果。
这里的重投影误差柱状图显示了每张图像的平均重投影误差,以及总体的平均误差。单击“视图”部分中的“显示整流”选项将显示立体声整流的效果。如果校准是准确的,图像将不失真和行对齐。
感谢您观看本期视频,请访问mathworks.com获取更多关于摄像机校准的信息。
您也可以从以下列表中选择网站:
如何获得最佳的网站性能
选择中国网站(中文或英文)以获得最佳的网站表现。其他MathWorks国家网站没有针对从您的位置访问进行优化。