微小物体测量系统中摄像机标定的研究

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三维测量技术正以其巨大的优势在包括工业、国防、医疗、影视及娱乐在内的诸多行业发挥日益重要的作用。摄像机标定则是三维测量技术中至关重要的前期步骤,其精度在很大程度上影响着整个系统的测量精度。摄像机标定的目的是建立三维世界坐标与二维图像坐标之间的映射关系。本论文着眼于微小物体三维测量系统的特殊应用环境,分析比较传统摄像机标定技术在小视场环境下的不足,并提出一种新的标定方法及一种新的优化方式。其主要工作如下:  1.提出了一种小视场环境下的摄像机标定方法。在微小物体测量系统中,摄像机成像范围较小,无法从传统标定板提取足够多点的坐标信息。针对这一问题,本论文提出一种基于二次曲线与直线的混合标定方法。该方法抛弃了利用点对点关系的标定方法,转而利用直线与二次曲线进行标定。首先拟合半圆标定物,求取半圆方程及直径方程;接着利用射影变换的交比不变性求取直径外的多个点坐标;再求取过这些点的圆切线方程;最后利用至少三条直线方程及椭圆方程求取摄像机内部参数及外部参数,完成摄像机标定。  2.提出了一种分块求取摄像机镜头畸变系数的优化策略。考虑到摄像机镜头生产工艺的限制,摄像机镜头畸变系数在不同区域会有变化,因此,所提方法将摄像机成像范围划分为多个子区域,在不同子区域内分别求取畸变系数。首先暂不考虑摄像机镜头畸变,仅利用摄像机内外参数反求出理想坐标点在三维空间中的坐标;接着将成像区域划分为多个子区域;然后利用畸变模型求取各个子区域内的畸变系数;最后根据摄像机的内外参数及各个区域内的畸变系数对摄像机内外参数进行分步优化。利用分步加分块的优化策略,提高了优化的灵活性及精度。
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