基于灭点几何和径向准直约束的数码相机标定研究

论文摘要

相机标定是从二维数字影像中获取三维信息的关键步骤和首要工作,在摄影测量、机器视觉、安防监控、三维重建、生物医学、遥感测绘,导航控制等领域都有着广泛的应用。本文以二维平面格网为物方参考,提出和验证了一种高精度的非量测数码相机单视标定方法,主要工作包括:(1)对现有的数码相机标定技术进行归纳与总结,重点介绍和验证了基于二维参考平面的3种标定算法:TSAI两步标定法、二维DLT标定法和单像灭点标定法,并通过实验结果验证和分析了各算法的优缺点。(2)借鉴、吸收TSAI两步标定法以及单像灭点标定方法的基本思想,基于灭点几何和径向准直约束,以平面格网为标定物,推导并建立了平面格网上两组正交直线透视投影形成的双灭点与TSAI两步法相机标定过程中参数间的严格数学关系,建立了严格的非线性标定方程,并基于最小二乘准则进行最优求解,从而实现相机内、外方位参数以及径向畸变参数的精确求解。(3)利用理想模拟影像和真实图像对提出的改进算法与已有算法进行对比分析,验证了改进算法的可行性及高精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景与意义
• 1.2 相机标定发展与研究现状
• 1.2.1 相机标定技术回顾
• 1.2.2 课题来源
• 1.3 主要研究内容与结构安排
• 第二章 相机标定基础
• 2.1 “针孔”相机模型
• 2.2 影像特征提取
• 2.2.1 边缘检测
• 2.2.2 直线提取
• 2.3 最小二乘数据处理理论
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于二维格网平面的相机标定方法
• 3.1 TSAI两步标定法
• 3.1.1 径向准直约束（RAC）
• 3.1.2 基于RAC的两步标定法
• 3.2 二维DLT模型的相机标定法
• 3.3 单视灭点标定法
• 3.4 本章小结
• 第四章 灭点几何和径向准直联合约束下的相机标定
• 4.1 非线性相机标定方程的建立
• 4.1.1 双灭点几何约束
• 4.1.2 径向准直约束（RAC）扩展
• 4.2 标定方程的迭代解算模型
• 4.3 标定实施步骤
• 4.3.1 相机内部参数的求解
• 4.3.2 相机外部参数及径向畸变参数求解
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 实验影像及误差评定介绍
• 5.2 TSAI两步标定实验
• 5.3 二维DLT标定法实验
• 5.4 单视灭点标定法实验
• 5.5 本文改进标定算法实验
• 5.5.1 双向灭点的计算
• 5.5.2 主点的计算
• 5.5.3 实验结果
• 5.6 标定结果比较分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间主要研究成果