相机标定方法与实验研究.docxVIP

PAGE 专业综合实践报告 题目名称： 相机标定方法与实验研究 学生姓名： 学 号： 联系电话： 电子邮箱： 指导教师： 职 称： 哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系 目 录 TOC \o 1-3 \h \u 一 、绪论 h 1 1.1课题背景及研究的目的与意义 h 1 1.2 国内外研究现状 h 2 二、相机标定原理和方法 h 3 2.1 相机标定基础知识 h 3 2.1.1齐次坐标 h 3 2.1.2图像坐标系、相机坐标系与世界坐标系 h 4 2.1.3针孔成像模型 h 6 2.2 相机标定方法 h 7 2.2.1 传统相机标定方法简介 h 7 2.2.2 基于主动视觉的标定方法简介 h 8 2.2.3 相机自标定方法简介 h 8 三、实验内容 h 9 3.1 试验方案设计 h 9 3.2 试验测试 h 10 3.3 试验结论 h 14 四、总结 h 14 参考文献 h 15 PAGE 2 一 、绪论 1.1课题背景及研究的目的与意义 对于人类而言,眼睛是最重要的感觉器官之一,大脑是最重要的信息处理加工器官。人类通过眼睛获取外界信息再通过大脑加工处理可以成为记忆、影响情感甚至引发灵感。随着计算机应用的不断推广,人们不仅希望计算机能获取图像信息,也希望能像人类一样高效地处理图像信息,因此,诞生了计算机视觉这一综合学科。 在中国，机器视觉技术是从上世纪 90 年代才开始发展应用的，到现在已经有了近 20 多年的历史。机器视觉技术是随着工业上越来越多的使用不断发展并且逐渐完善的。伴着中国加工产业以及制造业的大幅度发展，市场上对机器视觉技术和设备的需要将呈现出较大的上升趋势。另外，全球在加工制造业方面的工厂和市场越来越多的倾向于中国,并且中国经过 30 多年的改革开放发展，经济领域正在转型，许多高技术行业的发展前景广阔，所以中国的机器视觉市场正在继北美的美国、欧洲的德国和亚洲的日本之后，逐渐的成为另一个让国际上机器视觉厂商们关注的地方。在过去的2011 和即将过去的 2012 年，虽然由于经济危机的影响中国的一些手工业和制造业有 了不同程度的打击，但是一批高科技产业却是有了较好的发展。电子制造业、汽车行业、新能源、以及食品和包装等大量的行业需求带来了包括机器视觉在内的自动化产品的需求增长。同时，随着中国经济的转型，一些高科技领域在原有基础上扩大容量和高端生产的需求，也为以机器视觉技术为代表的一些创新技术的市场带来了更多财富和机遇。 机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科［1-2］。机器视觉系统主要利用计算机来模拟人或再现与人类视觉有关的某些智能行为，从客观事物的图像中提取信息进行处理并加以理解，最终用于实际检测和控制的系统［3］。在机器视觉中利用相机标定技术得到的相机系统的内外参数的精度对整个系统的成败有很大的影响。机器视觉系统中很重要的一项工作就是是通过相机获取的物体图像信息计算出三维空间中物体的几何信息，并根据这些信息进行后续的重建和识别工作。相机成像的数学模型决定了空间物体表面某点在世界坐标系中的位置与其在图像坐标系中对应点之间的相互关系，通过实验与计算得到这些模型参数的过程就称为相机标定［4］。通过标定我们需要确定的就是相机的数学方面和光学方面的内部参数以及相机系统坐标系相对于世界坐标系的外部位置参数。由于标定参数精度的高低会对机器视觉系统的精度产生直接影响，因此相机标定是机器视觉系统的基础，可以说标定相机参数过程的成功与否直接决定了机器视觉系统成败。因此提高相机标定的精度对整个机器视觉系统的发展有很大意义，提高相机标定精度也是当前机器视觉研发工作中的重要方面。 1.2 国内外研究现状 计算机视觉技术在国外的研究是从上世纪50年代开始的，当时对这个技术的研究主要集中在对图片的细化、鉴别等分析上。20世纪60年代，标志着立体视觉技术诞生的研究成果就是Roberts教授通过研究积木世界把以往的二维图片分析推广到对三维场景的分析上。80年代初，构成机器视觉研究领域中一个非常重要的理论框架就是由David Marr教授提出的关于视觉研究的理论。人工智能、模式识别、生理神经学以及某些图像处理的领域也取得的了一些成果，这得益于Marr视