由此式(8)可完成从摄像机坐标系到图像坐标系的变换,其中A包含摄像机的全部6个内参数,f为摄像机焦距,θ为摄像机坐标系的偏斜度,像素点的大小为k×l,单位为mm,图像坐标系的原点位于(u0,v0)上。
摄像机坐标系和世界坐标系的关系为:
式中:R3×3为旋转矩阵,t3×1为平移向量。
由式(7)和式(9)可得从世界坐标系到图像坐标系的一个线形变换:km3×1=A(R3×3,t3x1)M3×1,其中m3×1为图像点的齐次坐标,M3×1为三维空间点的齐次坐标,为比例系数。
(2)计算透视投影矩 令H=λA(R,t),其中λ为比例系数,H为透视投影矩阵,可通过已知的一系列二维、三维点对获得,即将所有对应点对(角点)的Mahalanobis距离标函数,利用最大似然估计的方法获取当Mahalanobis距离取到最小值时的H矩阵。
(3)摄像机参数的获取设标定板放在世界坐标系的Z=0平面内,可得到只包含两个列向量的旋转矩阵,再由所选坐标系为笛卡儿坐标系,可得到关于矩阵A的两个约束条件,这样便可求出透视投影矩阵,再由式H=λA(R,t),可得到摄像机的全部内参数。
(4)径向畸变的矫正 由畸变模型为:
式中:(x,y)原图像坐标,(x,y)为校正后图像坐标,k1,k2为径向畸变系数,由Levenberg-Marquardt算法实现非线性优化校正过程。
5 标定实验
标定板采用一幅7×7(角点数)的棋盘图,每格边长的实际大小分别为22.35 mm,拍得的照片大小为736×454(图2),其实验结果如表1,表2所列。实验结果表明标定精度有了大幅度的提高。
6 结语
提出了对于摄像头自标定这种方便的标定方法,可以利用提取角点后,再对其经过亚像素级定位,从而提高标定精度。该方法简单易实现,经实验证明具有很好的效果,解决了传统自标定算法中对标定板要求高的问题。