非量测相机的立体标定方法文献综述

 2022-09-29 11:29:30

  1. 文献综述(或调研报告):

随着科技的高速发展,改革学科新研究方法的理念已经深入人心。目前国内外诸多学者在这一域作了大领量和系统的研究,一方面已形成了基本的理论体系,另一方面由于研究的角度不同、采用的方法不同、理论与实际的差距以及新兴学科和新设备的出现,又使得这一理论体系需要做适当的调整与之相适应。
视觉测重自其产了相机标定的需求,者们提出了多种多样的相机标定方法。这些方法大致可分为三类:传统标定方法、基于主动视觉的标定方法和自标定方法。相机标定的方法传统标定方法通过精确给出空间位置坐标的控制点或控制线等已知结构的参照物, 基于场景信息进行标定。基于主动视觉的标定方法需要控制相机做某些特殊运动,利用相机运动信息进行标定。自标定方法通过非控制点或非控制线等未知结构参照物进行标定,相机需要从多个方位采集标定参照物的图像。也有很多研究者将基于主动视觉的标定方法归于自标定一类。

(1) 直线非线性优化法
控制点的三维坐标与其对应的二维图像点之间的关系是非线性的,可以基于某些代价函数最小化直接搜索相机参数。摄影测量学中的大部分标定算法属于此类。这类算法的优点是可以夏盖各种类型的像差而且获得的参数精度非常高。但这类算法计算代价较高。由于采用完全非线性选代算法,如果所给初始值精度不够高,则可能导致算法收敛到错误的解。而且由于参致个数太多,算法稳定性差,甚至导致算法失败。

(2)直接线性变换解法
直接线性变换解法(DLT)由Abdel和Karara提出,最早的DLT方法只考虑线性成像模型,不考虑像差,采用线性解法得到一组中间参数,然后从中间参数分解得到最终参数。通过线性变换直接求解,简单快速,但未对镜头像差进行修正,而且未考虑参数间存在的约束关系,因而精度较差。为了对非线性畸变进行修正,Wong和karara提出了在线性求解的基础上再进行非线性优化,以提高标定精度,虽然这已不完全是线性求解,但仍称其为DLT方法。

(3)两步法
这类算法对大部分标定参数采用线性求解,其余少部分参数用非线性优化或迭代方法求解。两步法”标定中,Tsai的标定方法和Weng的改进标定方法最为典型。Tsai在1987年SPIE会议上发表了他的摄像系统万能标定方法,并被大会评为杰田论文。该标定方法首先线性求得外参数和焦距,然后迭代求解像差系教,具有精度较高,方法简单和应用方便等优点,Tsai的标定方法很快在摄像测量领域中推广使用,但是Tsai的标定法中仅考虑了镜头的轴对称像差,在像差模型上显得有些粗糙。Weng针对这个不定,提出了包括非轴对称像差的更为全面的像差修正模型,模型求解和标定的步骤与Tsai的方法相似,在求解线性参数与求解像差系数之间进行迭代优化

(4)相机自标定方法
除了需要提供一个尺度信息外(如某任意两个参考点间的绝对距离),相机自标定不需要已知参照物和其他的空间三维信息或相机参数信息,仅利用多次成像之间的约束关系计算相机参数。而如果没看尺度信息,则在相差一个尺度因子的意义下得到标定结果,即对于焦距、平移向量、目标结构尺寸等参数,只能得到各参数之间的比例关系,而无法确定具体数值。目标定不需要初值,因而不用于在已知初值的基础上通过光束法平差等优化算法计算相机的目标参数精确值的方法,光束法平差等优化算法有时需要通过自标定提供初值。

参考文献:

[1] 胡国元, 何平安, 王宝龙, et al. 视觉测量中的相机标定问题[J]. 光学与光电技术, 2004, 2(3).

[2] 李瑛, 刘苏醒, 韩焱. 基于投影变换的图像测量系统标定[J]. 传感器与微系统, 2006, 25(3):77-80.

[3] 王昭, 黄军辉, 高建民, et al. 基于光束法平差的结构光测量系统标定[J]. 机械工程学报, 2013, 49(8):32-40.

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