基于局部标定物的大场景相机标定方法研究

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近年来,随着计算机视觉的发展和数码相机的普及,利用消费级的普通相机获取大场景中的结构信息和实现场景的三维重建得到了越来越广泛的应用。而实现基于普通相机的三维测量和重建关键的一步是实现相机的标定,通过相机标定得到三维空间点和二维图像点之间的投影模型。对于大视场的相机标定,相机标定的精度和灵活性都是需要考虑的重要因素。目前文献中已有的相机标定方法在用于大视场的普通相机时,都存在一定的局限性,基于标定物的相机标定方法精度高但是灵活性差,相机自标定方法可操作性强但不适用于大部分对精度有要求的场合。本文在分析和总结已有相机标定方法特点的基础上,研究如何兼顾精度和灵活性对大场景中的相机进行标定,主要完成的工作如下:1、本文提出了一种利用多个小棋盘的大场景相机标定方法,克服了张正友的棋盘标定法应用于大场景时灵活性差的局限性。该方法在大场景中放置多个小棋盘,通过求解每个棋盘平面与相机成像面的单应性矩阵得到每个小棋盘平面与成像面的旋转和平移向量,进而求出每个小棋盘平面相对于选定的基准平面的旋转和平移向量,然后将多个小棋盘旋转和平移到给定的基准平面上形成一个整体的大棋盘,最后建立形成的大棋盘上所有特征点的重投影误差函数和。以标定基准小棋盘得到的相机参数作为初值,采用模式搜索法优化重投影误差函数得到相机标定的最终结果。仿真实验和真实数据实验结果均表明,该算法能较好的标定出大视场相机的参数,同时灵活性得到提高。2、本文提出了一种基于人工消失点的大场景相机标定方法,克服了现有的标定方法中要求场景中存在特定的结构化信息的局限性,同时将基于正交消失点的大场景相机标定方法推广到消失点一定程度上偏离正交的情况,扩展了方法的适用范围。该方法在大场景中摆放两根设计好的贴有圆形标志物的标志杆人工引入两组平行线,通过检测圆形标志物的圆心坐标拟合得到引入的直线方程,求解直线的交点得到消失点坐标,然后建立相机内参数、引入的两组平行线的夹角与其形成的消失点之间的约束函数,以消失点正交条件下得到的相机参数作为初值,采用模式搜索法优化误差函数得到相机标定的最终结果。仿真实验和真实数据实验结果均表明,该算法能较好的标定出大视场相机的参数。
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