相机标定的原理及实现

相机标定的原理及实现本文参考文档:原理部分:https://blog.csdn.net/honyniu/article/details/51004397代码部分:https://www.cnblogs.com/wildbloom/p/8320351.html;https://blog.csdn.net/firemicrocosm/article/details/48594897#1、相机标定的原理摄像…

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

本文参考文档:
原理部分:https://blog.csdn.net/honyniu/article/details/51004397
代码部分:https://www.cnblogs.com/wildbloom/p/8320351.htmlhttps://blog.csdn.net/firemicrocosm/article/details/48594897#

1、相机标定的原理

摄像机标定(Camera calibration)简单来说是从世界坐标系转换为相机坐标系,再由相机坐标系转换为图像坐标系的过程,也就是求最终的投影矩阵P的过程。

世界坐标系(world coordinate system):用户定义的三维世界的坐标系,为了描述目标物在真实世界里的位置而被引入。单位为m。

相机坐标系(camera coordinate system):在相机上建立的坐标系,为了从相机的角度描述物体位置而定义,作为沟通世界坐标系和图像/像素坐标系的中间一环。单位为m。

图像坐标系(image coordinate system):为了描述成像过程中物体从相机坐标系到图像坐标系的投影透射关系而引入,方便进一步得到像素坐标系下的坐标。 单位为m。

从世界坐标系到相机坐标系:

这一步是三维点到三维点的转换,包括R,t(相机外参)等参数;
在这里插入图片描述

相机坐标系转换为图像坐标系:

这一步是三维点到二维点的转换,包括K(相机内参)等参数;在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
根据上述的关系图可以推导出下面的变换公式:
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

像主点的偏移:

在这里插入图片描述
可以推出:
在这里插入图片描述

内参矩阵K:

在这里插入图片描述

外参矩阵[R丨t]:

表示三个方向的偏转:
在这里插入图片描述

投影矩阵P

(在这里可以认为旋转矩阵 R 为单位矩阵 I,平移矩阵 t 都为0):
在这里插入图片描述
根据上述变换最终可以得到一个投影矩阵P的公式为:
在这里插入图片描述
总结一下公式大致如下:
在这里插入图片描述

畸变参数

在几何光学和阴极射线管显示中,畸变是对直线投影的一种偏移。简单来说直线投影是场景内的一条直线投影到图片上也保持为一条直线。那畸变简单来说就是一条直线投影到图片上不能保持为一条直线了,这是一种光学畸变。畸变一般可以分为两大类,包括径向畸变和切向畸变。主要的一般径向畸变有时也会有轻微的切向畸变。

2、相机标定的实现

相机标定的目的:获取摄像机的内参和外参矩阵(同时也会得到每一幅标定图像的选择和平移矩阵),内参和外参系数可以对之后相机拍摄的图像就进行矫正,得到畸变相对很小的图像。

相机标定的输入:标定图像上所有内角点的图像坐标,标定板图像上所有内角点的空间三维坐标(一般情况下假定图像位于Z=0平面上)。

相机标定的输出:摄像机的内参、外参系数。

这三个基础的问题就决定了使用Opencv实现张正友法标定相机的标定流程、标定结果评价以及使用标定结果矫正原始图像的完整流程:

  1. 准备标定图片
  2. 对每一张标定图片,提取角点信息
  3. 对每一张标定图片,进一步提取亚像素角点信息
  4. 在棋盘标定图上绘制找到的内角点(非必须,仅为了显示)
  5. 相机标定
  6. 对标定结果进行评价
  7. 查看标定效果——利用标定结果对棋盘图进行矫正

我准备的是下图这种格子数为7×5,内角点为6×4的棋盘格图片,手机型号为荣耀PLAY。
在这里插入图片描述
将它放在一个平面上从不同角度拍摄10张照片作为实验素材。
代码如下:

import cv2
import numpy as np
import glob

# 设置寻找亚像素角点的参数,采用的停止准则是最大循环次数30和最大误差容限0.001
criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER | cv2.TERM_CRITERIA_EPS, 30, 0.001)

# 获取标定板角点的位置
objp = np.zeros((4 * 6, 3), np.float32)
objp[:, :2] = np.mgrid[0:6, 0:4].T.reshape(-1, 2)  # 将世界坐标系建在标定板上,所有点的Z坐标全部为0,所以只需要赋值x和y

obj_points = []  # 存储3D点
img_points = []  # 存储2D点

images = glob.glob("image4/*.jpg")
i=0;
for fname in images:
    img = cv2.imread(fname)
    gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    size = gray.shape[::-1]
    ret, corners = cv2.findChessboardCorners(gray, (6, 4), None)
    #print(corners)

    if ret:

        obj_points.append(objp)

        corners2 = cv2.cornerSubPix(gray, corners, (5, 5), (-1, -1), criteria)  # 在原角点的基础上寻找亚像素角点
        #print(corners2)
        if [corners2]:
            img_points.append(corners2)
        else:
            img_points.append(corners)

        cv2.drawChessboardCorners(img, (6, 4), corners, ret)  # 记住,OpenCV的绘制函数一般无返回值
        i+=1;
        cv2.imwrite('conimg'+str(i)+'.jpg', img)
        cv2.waitKey(1500)

print(len(img_points))
cv2.destroyAllWindows()

# 标定
ret, mtx, dist, rvecs, tvecs = cv2.calibrateCamera(obj_points, img_points, size, None, None)

print("ret:", ret)
print("mtx:\n", mtx) # 内参数矩阵
print("dist:\n", dist)  # 畸变系数   distortion cofficients = (k_1,k_2,p_1,p_2,k_3)
print("rvecs:\n", rvecs)  # 旋转向量  # 外参数
print("tvecs:\n", tvecs ) # 平移向量  # 外参数

print("-----------------------------------------------------")

img = cv2.imread(images[2])
h, w = img.shape[:2]
newcameramtx, roi = cv2.getOptimalNewCameraMatrix(mtx,dist,(w,h),1,(w,h))#显示更大范围的图片(正常重映射之后会删掉一部分图像)
print (newcameramtx)
print("------------------使用undistort函数-------------------")
dst = cv2.undistort(img,mtx,dist,None,newcameramtx)
x,y,w,h = roi
dst1 = dst[y:y+h,x:x+w]
cv2.imwrite('calibresult3.jpg', dst1)
print ("方法一:dst的大小为:", dst1.shape)

代码中的9、10、21、35行中的角点数根据自己的棋盘格大小进行更改。
实验分为两步,第一步主要是对每张图片进行角点的提取,结果如下:
在这里插入图片描述
第二步就是实现相机的标定,运行结果如下:

mtx为内参数矩阵,dist为畸变系数:
在这里插入图片描述
rvecs为旋转向量:
其中mtx为内参数矩阵,dist为畸变系数
tvecs为平移向量:
在这里插入图片描述
畸变矫正:
在这里插入图片描述
矫正前后的图片
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

总结

通过标定得到荣耀PLAY的后置摄像头的内置参数矩阵为:
在这里插入图片描述
矫正后的图和原图通过对比发现差距并不大,只是在宽度上有一点拉伸(肉眼能看出的差距只有图片右上角的白字因为图片的拉伸而消失了),原因应该是原图基本上没有出现明显的畸变。(应该是现在的手机相机比较厉害吧…)

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请联系我们举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-站长,转载请注明出处:https://javaforall.net/140209.html原文链接:https://javaforall.net

(0)
全栈程序员-站长的头像全栈程序员-站长


相关推荐

  • 比较好用的mysql可视化工具—–pycharm连接mysql图文教程

    比较好用的mysql可视化工具—–pycharm连接mysql图文教程1.mysql可视化工具常用的mysql可视化工具有很多,如:sqlyog、navicat等等,使用这些工具需要另外安装,有的还可能收费。这里推荐一个比较容易被大家忽略的mysql可视化工具,大多数学python的人,都会使用pycharm,不得不说pycharm的功能及其强大,pycharm本身也是一个功能很强的数据库可视化工具,换句话说,如果安装了pyharm,那根本没必要在安装其他可视化工具了!这里以pycharm链接mysql为例,记录一下详细过程,供大家参考!2.使用工具我使用的工具如下

    2022年8月27日
    2
  • PID算法详解[通俗易懂]

    PID算法详解[通俗易懂]PID算法是一种具有预见性的控制算法,其核心思想是:1>.PID算法不但考虑控制对象的当前状态值(现在状态),而且还考虑控制对象过去一段时间的状态值(历史状态)和最近一段时间的状态值变化(预期),由这3方面共同决定当前的输出控制信号;2>.PID控制算法的运算结果是一个数,利用这个数来控制被控对象在多种工作状态(比如加热器的多种功率,阀门的多种开度等)工作,一般输出形式为PWM,基本上满足了按需输出控制信号,根据情况随时改变输出的目的。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例

    2022年9月26日
    0
  • Https加密方式

    Https加密方式Https加密介绍加密方式两者区别Https加密的选择对称加密弊端非对称加密弊端Https加密总结Https加密介绍Http直接通过明文在浏览器和服务器之间传递消息,容易被监听抓取到通信内容。Https采用对称加密和非对称加密结合的方式来进行通信。Https不是应用层的新协议,而是Http通信接口用SSL和TLS来加强加密和认证机制…

    2022年10月22日
    0
  • 花生壳安全吗_花生壳ddns怎么一直连接不上

    花生壳安全吗_花生壳ddns怎么一直连接不上dyndns和花生壳组织文化中最强大的方面以最小的个体姿态来实现,有时甚至不及花生。不久前,当我坐在达拉斯机场等待航班延误时,我看到另一个乘客在吃一些花生时感到不安。它们的贝壳掉落在地板上,几分钟后,乘客将它们踢入过道,大概是供机场清洁人员稍后收集。直到最近的一次内部RedHat活动中,有人问我有关我的宠物怒气冲冲,我才对花生壳没多加考虑。我开始考虑在RedHat浴室的地板…

    2025年6月11日
    0
  • 相机标定(一)-原理及内参、外参

    相机标定(一)-原理及内参、外参在图像测量过程以及机器视觉应用中,为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系,必须建立相机成像的几何模型,这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到,这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中,相机参数的标定都是非常关键的环节,其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。…

    2022年5月28日
    41
  • HTML5标准简介

    最近前端的群都蛮热闹的,但我发现多数讨论的是javascript和css相关的问题,仿佛大家在努力创建各种交互、样式的时候,忘却了这一切的基础–HTML。其实我很喜欢HTML,觉得这个语言远比XM

    2021年12月20日
    41

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

关注全栈程序员社区公众号