机器视觉中的摄像机定标研究与实现

摘要

本课题研究计算机视觉的基本问题：照相机定标。从理论上研究定标的种类、方法和具体算法，最终运用C＃编写程序来软件实现照相机定标。由于照相机定标确定了其内外参数，量化了照相机（计算机视觉中图像采集设备）与客观世界的位置关系，是计算机视觉获取三维空间信息（如图像识别三维扫描等）的前提和基础，因此研究照相机定标具有重要的理论意义和实际应用价值。
　　本文首先对照相机定标的理论知识进行了介绍，对照相机定标理论中图像坐标系、图像坐标系和世界坐标系进行了详细的解释，理解到照相机定标的本质就是通过同一个点在世界坐标系中的坐标和图像坐标系中坐标之间的对应关系建立照相机模型参数的约束，以此计算出所需参数；为了精确地描述点在不同坐标系之间的转换关系，建立了线性照相机模型，从中引出了照相机内部参数矩阵和照相机外部参数矩阵，两者都是定标计算的对象；考虑到照相机光学系统存在透镜畸变，又在线性照相机模型的基础上拓展到非线性照相机模型，从而引出了照相机定标计算的另一对象：非线性畸变系数。有两种定标方法可以完成对上述参数的计算：自定标法直接由未标定的多幅图像来确定照相机内参数；传统定标法需要一个精确地定标物，照相机获取定标物的图像后，通过坐标变换计算得到照相机的内外参数。
　　本论文以照相机传统定标法为研究重点，详细讨论了传统定标法的三种算法：直线变换法、两步法和平面定标法。并且基于传统定标法中的算法，使用C＃编程语言，在VS2010的环境下编写了一套定标程序。通过此定标程序来实现前文中分析的各种定标过程，计算出不同定标算法得出的结果，并分别对这些定标结果进行了误差计算，依此分析不同定标方法造成的差异。为了能够直观地验证定标结果正确与否，本文采用 matlab对定标结果进行三维仿真：通过将定标程序得出的各个定标参数输入matlab，使用matlab相关功能来绘制照相机与定标板的相对位置图。通过比较 matlab得出的仿真结果图与定标图像反应出的定标实际情况，反向验证定标结果的正确性。

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第一章. 绪论

1.1. 研究背景

1.2. 本文的研究工作和内容安排

第二章. 定标算法的论证

2.1. 照相机定标的基础知识

2.2. 照相机自定标法

2.3. 传统定标法

2.4. 具体算法研究

2.5. 本章总结

第三章. 定标软件的设计

3.1. 开发环境

3.2. 定标软件需求分析

3.3.定标软件的设计

第四章. 定标软件的实现

4.1.定标结果

4.2.定标结果分析

4.3.核心代码分析

第五章. 定标软件的测试和仿真

5.1误差分析

5.2定标结果的matlab仿真

5.3本章小结

第六章. 总结与展望

6.1.总结

6.2.展望

致谢

参考文献