大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112°)的标定精度达到了0 75%。     

移动特征靶标的摄像机径向畸变标定

针对成像测量系统中镜头径向畸变影响测量精度的问题,提出了一种基于物面移动同心圆特征靶标的径向畸变标定方法。该方法先将固定在二维精密平台上的同心圆靶标置于垂直物面的特定位置,然后采集靶标图像,同时用最小二乘法以拟合得到的圆直径为条件,按一定方式移动特征靶标,直到拟合值达到极值或者在一定误差范围内。记录该幅图像,则其拟合得到的圆心坐标便是畸变中心,同时利用该幅图像,根据等差值半径和摄像机成像模型的半径的成像关系求出其畸变多项式系数。为提高特征靶标的移动效率,提出了坐标轮换最优化移动的方案。实验结果表明,该方法对畸变中心的标定精度可达0.6pixel,畸变多项式系数有效数字重复误差小于0.02,并可实现两者的一靶标定,且利用该法获得的参数能实现对畸变图像的准确校正。     

特征平行直线的成像畸变现场校正

针对畸变对成像测量的影响,通过对摄像机畸变模型的分析,提出了一种基于特征平行直线的畸变现场校正方法.该方法分两步,非线性径向畸变的校正和透视畸变的校正.首先,提取图像中包含的多条特征直线,然后通过迭代法将成像后的弯曲直线拉直的方法获得系统非线性径向畸变参量,再用这些参量对非线性径向畸变进行校正,得到去非线性径向畸变的图像.通过对图像中的特征平行直线进行拟合,获得系统的透视畸变参量,并以这些参量反演迭代实现对透视畸变的校正,进而得到去透视畸变的图像.实验和仿真结果表明:该方法通过两步法利用图像中的特征平行直线先验知识能够有效实现对成像中多种畸变的一靶现场校正;对像机径向畸变和透视畸变的校正后相对误差均达到5%以内,适合于工程中基于图像的测量和目标识别中目标无固定位置的复合畸变的现场校正.     

一种实用的傅里叶变换轮廓术系统校准方法

在傅里叶变换轮廓术(FTP)中,根据针孔模型透镜成像理论,在考虑摄像机的径向畸变和切向畸变的情况下,利用畸变量较小的图像中心信息,对测量系统放置位置进行调整。采用相位——高度映射并结合最小二乘法及曲线拟合对高度和畸变分别校准。该方法能够简单、快速的对摄像机系统进行标定和修正,提高了FTP测量的精度,特别是在横向坐标方向上的精度。实验验证了所提方法的正确性。     

基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定

针对红外超广角系统成像畸变大、衍射明显,传统标定方法精度不高的问题,提出了一种基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定方法.以超广角镜头高阶奇次多项式模型为基础,对微小圆形目标成像的径向与切向放大率进行分析,设计了标定方法.利用椭圆方程对目标成像进行拟合,然后以椭圆长短轴比值作为目标函数进行二维高斯曲面拟合,最终将高斯曲面中心作为畸变中心.实验结果表明,本文提出的红外超广角图像中心标定方法对实验畸变图像横纵方向的标定精度分别为0.77pixels、1.02pixels,并以此标定结果对畸变图像进行校正,校正图像中直线最大均方根误差为1.56pixels.实验验证了本文提出的红外超广角图像中心标定方法的准确性,能够满足红外超广角图像畸变中心标定要求.     

采用广角数码相机测量图像显示系统的几何畸变

准确地测量含有广角耦合物镜的图像显示系统的几何畸变是实现图像显示系统几何畸变数字校正的前提和关键。提出了一种以非量测广角数码相机为测量设备的几何畸变的测量方法，首先给出了广角数码相机镜头畸变的标定方法，确定了数码相机镜头畸变系数，然后讨论了基于广角数码相机和Photoshop软件进行图像显示系统几何畸变测量的测量方法，分析了影响测量精度的因素。最后，将本文的测量结果与基于点物成像原理，采用单轴转台和普通数码相机进行测量的测量结果进行了对比，二者吻合得较好。从测量结果看，本文给出的测量方法，其测量精度可以满足工程要求，简单、易行。     

复眼式光学成像系统畸变测量与校正技术研究

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出,但随着视场的增加,子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题,采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正,生成多模动态电子畸变测量靶标,构建畸变测量校正模型,建立多项式拟合算法,采用最小二乘法获得畸变系数,通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明,校正后的平均相对畸变优于0.1%,满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。     

摄像机标定技术在活塞视觉检测与分选中的应用研究

在机器人视觉检测及自动化分捡中,准确地校正摄像机镜头畸变对获取物体精确图像及确定物体准确位置具有重要意义。采用了带有径向畸变的小孔摄像机模型及基于线段斜率的标定方法。在标定过程中,应用线性算法求解出了镜头的径向畸变系数。实验表明,采用的标定方法简捷有效,其标定结果能够满足研究需要。     

基于新型靶的CCD摄像系统畸变测量与校正

深入研究了测试图案对测量畸变的影响。提出"一靶测试法"进行畸变测量与校正,拍摄了自行设计、制作的"综合点阵靶板"的畸变图像,图像处理得到其畸变点位置,并与理想点位置进行对应比较。建立多项式模型确定畸变点与理想点的位置校正关系,理想点位置由理想成像得到,并运用最小二乘拟合算法求得多项式系数,标定整个CCD摄像系统的畸变。"综合点阵靶板"采用灰色圆点黑色间带图案,方便了点按序标记排列,从而确定畸变点与理想点的一一对应。对2.6 mm焦距的广角CCD镜头摄像系统进行了畸变测量与校正,其重复测量,校正精度达到0.3%。     

基于共线向量的非量测镜头畸变校正

针对传统摄像机标定算法中摄像机内外参数与镜头畸变之间存在耦合,提出了一种将镜头畸变从摄像机参数中分离出来单独求解的算法。算法基于"三维空间中的直线经过遵循透视模型的相机投影,在相机平面上仍是直线"这一基本属性。对于无畸变图像,直线上任意两特征点构成的共线向量外积应为零向量。利用非线性优化方法求解畸变参数,讨论了畸变中心与畸变系数之间的耦合性。设计了一种畸变校正效果评估方法,证明了结果的正确性。完成畸变校正后,摄像机的内外参数可线性求解。实验表明,该方法仅需一张图片即可完成所有摄像机参数的求解,提高了标定效率,且稳定度高,精度与传统标定方法相当。     

Calibration and correction of lens distortion for two-dimensional digital speckle correlation measurement

Lens distortion practically presents in optical imaging system using in two-dimensional digital speckle correlation measurement (2D-DSCM) system, and gives rise to additional errors in the displacement and strain measurement. Camera calibration procedure is performed to obtain the coefficients of radial distortion and tangential distortion. The corrected displacement fields can be calculated using the distortion coefficient. The influence of distortion on displacement and strain measurement errors in experiment is further discussed. The three-point bending test result shows that the camera lens calibration method can effectively eliminate the effect of lens distortion and improve displacement and strain measurement accuracy.     

A camera calibration method for large field optical measurement

A camera calibration method is presented for large field optical measurement, where the camera is close to the ground and the control points can only be located close to the ground, too. In such conditions, the camera's optical center and the control points are approximately coplanar. Only a single image of these control points captured by the camera in measurement state is used in the method. Neither to distribute the control points in space rationally nor to calibrate the camera's intrinsic parameters in laboratory in advance is needed. By the presented method, the camera's principal point position, focal length, radial and transverse tangency lens distortion coefficients, and the camera's position and attitude parameters can be estimated precisely. Then the calibration results can be used for precise large field optical measurement in the conditions that the camera's longitudinal tangency lens distortion can be neglected or the objects’ movement field is close to the ground, which is usually factual in practical applications. The presented camera calibration method has been successfully used in applications, such as automatic landing of UAV (Unmanned Aerial Vehicle) based on optical measurement guidance, to calibrate the cameras precisely.     

小视场长焦距镜头畸变高精度测量研究

利用由精密测角仪、显微摄像测量系统、微型双光栅平面干涉仪、平行光管以及星点组成畸变测量系统,对小视场长焦距的镜头进行畸变测量。在计算镜头畸变中,利用中心视场区域内畸变设计无穷小,采用三次多项式拟和的方法,计算镜头理论焦距;在边视场采用像高高次方和视场角正弦高次方加权平均的方法对测量偏差角进行修正,得到各视场的相对和绝对畸变。通过实际测量和计算验证,镜头全视场畸变测量精度可达到0.02%。     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

Line-based camera calibration with lens distortion correction from a single image

Camera calibration is a fundamental and important step in many machine vision applications. For some practical situations, computing camera parameters from merely a single image is becoming increasingly feasible and significant. However, the existing single view based calibration methods have various disadvantages such as ignoring lens distortion, requiring some prior knowledge or special calibration environment, and so on. To address these issues, we propose a line-based camera calibration method with lens distortion correction from a single image using three squares with unknown length. Initially, the radial distortion coefficients are obtained through a non-linear optimization process which is isolated from the pin-hole model calibration, and the detected distorted lines of all the squares are corrected simultaneously. Subsequently, the corresponding lines used for homography estimation are normalized to avoid the specific unstable case, and the intrinsic parameters are calculated from the sufficient restrictions provided by vectors of homography matrix. To evaluate the performance of the proposed method, both simulative and real experiments have been carried out and the results show that the proposed method is robust under general conditions and it achieves comparable measurement accuracy in contrast with the traditional multiple view based calibration method using 2D chessboard target.     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究*

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.