相機(jī)標(biāo)定的理解及原理（一）

相機(jī)標(biāo)定，是一個(gè)估計(jì)相機(jī)模型參數(shù)的過程：一組描述圖像捕獲過程內(nèi)部幾何形狀的參數(shù)。精確的相機(jī)校準(zhǔn)對于各種應(yīng)用都是必不可少的，例如多相機(jī)的圖像相互關(guān)聯(lián)，消除由于鏡頭不完美引起的幾何畸變，或精確測量真實(shí)世界的幾何特性(位置、距離、面積、直線度等)。

本質(zhì)上是根據(jù)標(biāo)定后得到的相機(jī)參數(shù)建立相機(jī)成像幾何模型，由獲得的圖像重構(gòu)出三維場景。具體來說：當(dāng)我們用相機(jī)獲取照片時(shí)，從圖像里得到一些空間信息（比如距離，尺寸等），是要利用二維圖像得到三維信息。拍照的時(shí)候把空間物體信息通過相機(jī)變成了二維圖像，這個(gè)過程本來是不可逆的。但如果我們可以找到一個(gè)相機(jī)的數(shù)學(xué)模型，就可以從二維圖像和數(shù)學(xué)模型反推得到原來的三維信息。

相機(jī)標(biāo)定方法有：傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法、主動(dòng)視覺相機(jī)標(biāo)定方法、相機(jī)自標(biāo)定法。

傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法需要使用尺寸已知的標(biāo)定物，通過建立標(biāo)定物上坐標(biāo)已知的點(diǎn)與其圖像點(diǎn)之間的對應(yīng)，利用一定的算法獲得相機(jī)模型的內(nèi)外參數(shù)。根據(jù)標(biāo)定物的不同可分為三維標(biāo)定物和平面型標(biāo)定物。三維標(biāo)定物可由單幅圖像進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定精度較高，但高精密三維標(biāo)定物的加工和維護(hù)較困難。平面型標(biāo)定物比三維標(biāo)定物制作簡單，精度易保證，但標(biāo)定時(shí)必須采用兩幅或兩幅以上的圖像。傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法在標(biāo)定過程中始終需要標(biāo)定物，且標(biāo)定物的制作精度會(huì)影響標(biāo)定結(jié)果。同時(shí)有些場合不適合放置標(biāo)定物也限制了傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法的應(yīng)用。

基于主動(dòng)視覺的相機(jī)標(biāo)定法是指已知相機(jī)的某些運(yùn)動(dòng)信息對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。該方法不需要標(biāo)定物，但需要控制相機(jī)做某些特殊運(yùn)動(dòng)，利用這種運(yùn)動(dòng)的特殊性可以計(jì)算出相機(jī)內(nèi)部參數(shù)?；谥鲃?dòng)視覺的相機(jī)標(biāo)定法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，往往能夠獲得線性解，故魯棒性較高，缺點(diǎn)是系統(tǒng)的成本高、實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)條件要求高，而且不適合于運(yùn)動(dòng)參數(shù)未知或無法控制的場合。

自標(biāo)定算法中主要是利用相機(jī)運(yùn)動(dòng)的約束。相機(jī)的運(yùn)動(dòng)約束條件太強(qiáng)，因此使得其在實(shí)際中并不實(shí)用。利用場景約束主要是利用場景中的一些平行或者正交的信息。其中空間平行線在相機(jī)圖像平面上的交點(diǎn)被稱為消失點(diǎn)，它是射影幾何中一個(gè)非常重要的特征，所以很多學(xué)者研究了基于消失點(diǎn)的相機(jī)自標(biāo)定方法。自標(biāo)定方法靈活性強(qiáng)，可對相機(jī)進(jìn)行在線定標(biāo)。但由于它是基于絕對二次曲線或曲面的方法，其算法魯棒性差。

【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】