北航图像传感实验报告-含(标定与测量实验)

图像传感技术综合实验研究生专业实验设计报告设计题目:单摄像机和线结构光视觉系统标定与测量成绩：优良中及格不及格学号：专业：姓名：2014年6月单摄像机标定与测量实验一、实验过程与结果1.1摄像机标定过程 本实验利用所要标定的摄像机拍摄12幅平面十字靶标图像，如下图1，由于所用靶标为电子靶标，由于薄刀片容易划伤靶标屏，所以在刀片下面放置一张白纸，但是，这在一定程度上会产生一定的误差。标定完成后，进一步对标定过程进行优化，优化前后的摄像机内部参数如下表(1)所示。摄像机和靶标图像的空间位置关系如图2所示，角点重投误差如图3所示。图1：12幅标定图像图2：摄像机与靶标空间位置关系图3：角点重投误差图表1：优化前后的参数优化过程参数优化前优化后FocalLength:fc[2680.123802684.32225]±[281.34734277.03130]2676.912392681.26709]±[277.17722272.94164]Principalpoint:cc[502.51235334.84154]±[0.000000.00000][502.45676334.80631]±[0.000000.00000]Skew:alpha_c[0.00000]±[0.00000][0.000]±[0.000]angleofpixel90.00000±0.00000degrees90.000±0.000degreesDistortion:[-0.071110.926320.01833-0.010920.00000]±[0.132681.584920.005450.005080.00000][-0.074831.005950.01840-0.011030.00000]±[0.130531.563040.005370.005000.00000]Pixelerror:err[0.087120.08591][0.086100.08478]1.2长度测量过程以标定靶标图像中的第12幅图像做为参考，如下图4，将待测物体刀片置于靶标图像之上，并拍摄新的图像，如图5所示。由于两幅图像靶标位置保持不变，故可利用标定过程中求得的参考图像的外参R、T，以及摄像机内参矩阵A，对待测物体进行尺寸测量。图4:第12幅靶标图像图5：实验测量图像利用摄像机标定过程得到待测物体所在靶标的外参矩阵为：(1)提取所用靶标图片中的两端点像素坐标（红色区域）为：（83，44）、（231,44）。求得对应点在世界坐标系下的空间坐标为：（-0.003,-0.0038,0）、（-0.0028,0.052,0）利用距离公式，求得两点间距离：D2=0.056(2)提取的待测物体两端点像素坐标（红色区域）为：（94,93）、（211,139）。求得对应点在世界坐标系下的空间坐标为：（0.015,0.00007，0）、（0.032,0.043,0）利用距离公式，求得两点间距离：D1=0.05(3)由于已知靶标方格长度S=13*7.5=97.5mm，利用比例关系可得所测物体的长度为：L=S*D1/D2=87.05mm,测量得到实际刀片长度为90mm,相对测量误差为：3.2％。二、误差分析(1)在摄像机标定过程中，若摄图像的清晰度不够、亮度不均匀、覆盖的视场范围较小，会造成标定参数的误差较大；(2)手动提取角点以及被测量物体的坐标时也会造成误差；(3)在测量图像中，由于待测物体存在一定的厚度,在被测物体与靶标平面之间白纸也有一定的厚度，其外参数R、T将和参考图像不完全一致，从而造成测量误差。线结构光视觉系统标定与测量实验一、实验过程与结果1.1线结构光视觉系统标定将激光器投射的光平面打在棋盘格靶标上并拍摄图像，对拍摄得到的光条靶标图像进行摄像机标定，并选取3幅光条图像获得其R、T参数。本实验拍摄的标定靶标图像如图1所示图1：线结构光标定图像标定结构光需要知道光条上控制点的像素坐标，故首先需要提取光条。本实验利用先分割后细化的方法提取光条，结果如图2。图2：提取的光条图像实验中，在每幅图像的光条上提取2个光平面点，其齐次像素坐标分别如下：p1=[5881401]T，p2=[588511]T，p3=[4874171]T，p4=[4883271]T，p5=[5004011]T，p6=[5034881]T。求得的摄像机坐标系下的坐标分别为：P1=[81.9815.221506.99]T，P2=[81.5327.721506.54]T，P3=[225.97126.954458.20]T，P4=[16.90163.884456.03]T，P5=[147.6463.373832.62]T，P6=[146.88100.173831.41]T。利用上述6个光平面点在摄像机坐标系下的坐标可以拟合出光平面在摄像机坐标系下的方程：ax+by+cz=1，拟合结果为：[abc]=[-0.00039;-0.0078;0.00049]拟合平面三维图如下图3：图3：拟合光平面图像1.2线结构光实现距离测量将光条打到直尺上，注意尽量保持光条与直尺边缘平行，否则会造成测量误差。由直尺上的刻度可以读出光条上两点间的实际距离，同时利用这两点的图像坐标可以反求出它们在摄像机坐标系下的空间坐标，进而利用距离公式求得它们的空间距离，将该测量值与实际值比较，求出测量误差。 实验拍摄的图像如图4所示图4：距离测量图像距离测量结果如表1所示表1结构光距离测量结果实际距离(mm)15101520测量值(mm)0.954.979.9814.8519.96平均误差1.4％