基于合作標(biāo)定物的相機(jī)標(biāo)定方法研究

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1、密級(jí):碩士學(xué)位論文基于合作標(biāo)定物的相機(jī)標(biāo)定方法研究作者姓名：游迪指導(dǎo)教師：楊世洪研究員光電技術(shù)研究所光電傳感器研究室學(xué)位類別：工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)：物理電子學(xué)研究所：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所二○一六年五月StudyofCameraCalibrationmethodBasedonCooperationCalibrationObjectsByYouDiAThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthed

2、egreeofMasterofPhysicalElectronicsTheInstituteofOpticsandElectronicsChineseAcademyofScienceMay,2016致謝致謝時(shí)光飛逝，日月如梭，轉(zhuǎn)眼又是一年畢業(yè)季。感恩可以走進(jìn)光電所的大家庭，度過(guò)美好的三年時(shí)光。首先感謝楊世洪老師以及趙汝進(jìn)師兄對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上的幫助。楊老師是一位和藹可親、關(guān)愛(ài)學(xué)生、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦蠋?，不僅在學(xué)業(yè)上寄予我們?cè)S多支持和輔導(dǎo)，在生活中也對(duì)我們處處關(guān)照。而趙師兄經(jīng)常在百忙之中抽出時(shí)間和我討論，并指導(dǎo)，給予了我很多好的建議，并且他在學(xué)

3、術(shù)上的嚴(yán)謹(jǐn)和睿智一直深深影響著我，無(wú)論是開(kāi)題，中期，甚至是最后的畢業(yè)論文，趙師兄都是不厭其煩地指點(diǎn)我，雖然一直稱呼他為趙師兄，但其實(shí)心里面一直認(rèn)為他也是我的老師。能遇到這么好的老師們，是我讀研期間最大的幸運(yùn)！其次，我要感謝實(shí)驗(yàn)室的其他老師們，他們平日里對(duì)我的課題進(jìn)展和生活也很關(guān)心。秘書姐姐不厭其煩的幫我進(jìn)行論文報(bào)賬等工作，每當(dāng)有問(wèn)題時(shí)也耐心的幫我解答。另外，研究生部的老師們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給過(guò)我不少幫助，非常感謝他們。再次，我要感謝我的師兄師姐們，他們平日里對(duì)我很關(guān)照，在我找工作和文獻(xiàn)調(diào)研期間幫助我許多，我能夠順利完成課題，找到心儀的工

4、作我很感動(dòng)。此外，我要感謝實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)們，在他們的鼓勵(lì)和支持下我參加了許多國(guó)科大和光電所的活動(dòng)，豐富了自己的課余生活。最后，感謝我的父母和朋友們，在你們的支持下我一步步成長(zhǎng)，我會(huì)努力成為更好的人，不辜負(fù)你們的期望！感謝所有的論文評(píng)閱老師以及答辯委員會(huì)的所有老師，感謝你們對(duì)學(xué)生的悉心點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)！最后，再一次向所有關(guān)心、支持和鼓勵(lì)我的老師、同學(xué)、朋友、親人們致以我最衷心的感謝！游迪2016年5月I摘要摘要相機(jī)標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的一個(gè)重要工作，尤其是視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。相機(jī)標(biāo)定的準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度有很大的影響

5、。一般而言，相機(jī)標(biāo)定技術(shù)可以分為如下幾種：視覺(jué)主動(dòng)式標(biāo)定技術(shù)、傳統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)、相機(jī)本身標(biāo)定技術(shù)。方法的選擇往往基于實(shí)際的需求。對(duì)相機(jī)標(biāo)定方法的要求是標(biāo)定操作簡(jiǎn)單且精度高。基于此要求，本文的研究重點(diǎn)是傳統(tǒng)方法，即基于合作標(biāo)定物的標(biāo)定技術(shù)。本文從相機(jī)標(biāo)定基礎(chǔ)理論出發(fā)，著重介紹了三維空間點(diǎn)到計(jì)算機(jī)幀存圖像點(diǎn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。為提出后續(xù)的相機(jī)標(biāo)定方法提供了可靠的理論支撐。三種經(jīng)典方法中的張正友平面標(biāo)定方法因?yàn)槠錁?biāo)定過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，標(biāo)定結(jié)果較準(zhǔn)確，在實(shí)際視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。該方法本身只求解了兩階徑向畸變系數(shù)，為了充分研究該方法的性能，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，探

6、求了高階徑向畸變對(duì)該方法的影響。同時(shí)，本文在張氏標(biāo)定方法的基礎(chǔ)上提出了一種基于除法模型的相機(jī)標(biāo)定方法，該方法巧妙地將畸變系數(shù)與單應(yīng)性矩陣同時(shí)求解，使得在不使用非線性優(yōu)化的情況下，得到與張氏方法精度相當(dāng)?shù)臉?biāo)定結(jié)果。同時(shí)該方法還考慮了畸變中心與主點(diǎn)不重合的情況，添加了畸變中心這一參數(shù)。通過(guò)仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。基于合作標(biāo)定物的相機(jī)標(biāo)定方法中有三種經(jīng)典的方法，其中線性方法是最簡(jiǎn)單最快捷的標(biāo)定方法，但因其沒(méi)有考慮相機(jī)畸變的存在，所以在標(biāo)定精度上有所不足。本文在經(jīng)典線性標(biāo)定方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際工程需求，提出了一種基于標(biāo)志器

7、的相機(jī)標(biāo)定方法。該方法是在線性標(biāo)定方法的基礎(chǔ)上，繼續(xù)估計(jì)徑向畸變，利用非線性優(yōu)化對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)證明了該方法的正確性。最后給出了本文所搭建的相機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)，并進(jìn)行了10次完整的相機(jī)標(biāo)定，得到10個(gè)標(biāo)定結(jié)果，通過(guò)標(biāo)定結(jié)果的分析，證明該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、功能正確。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺(jué)，視覺(jué)測(cè)量，相機(jī)標(biāo)定，標(biāo)志器，張正友平面標(biāo)定法IIABSTRACTABSTRACTCameracalibrationisanimportantworkinthefieldofcomputervision.Inparticular,itisanimpo

8、rtanttechniqueinvisionmeasurementsystem.Cameracalibrationaccuracyhasagreatinfluenceonthemeasurementaccuracyoft