北航圖像傳感實驗報告-含(標定與測量實驗)

圖像傳感技術(shù)綜合實驗研究生專業(yè)實驗設計報告設計題目:單攝像機和線結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)標定與測量成績：優(yōu)良中及格不及格學號：專業(yè)：姓名：2014年6月單攝像機標定與測量實驗一、實驗過程與結(jié)果1.1攝像機標定過程 本實驗利用所要標定的攝像機拍攝12幅平面十字靶標圖像，如下圖1，由于所用靶標為電子靶標，由于薄刀片容易劃傷靶標屏，所以在刀片下面放置一張白紙，但是，這在一定程度上會產(chǎn)生一定的誤差。標定完成后，進一步對標定過程進行優(yōu)化，優(yōu)化前后的攝像機內(nèi)部參數(shù)如下表(1)所示。攝像機和靶標圖像的空間位置關(guān)系如圖2所示，角點重投誤差如圖3所示。圖1：12幅標定圖像圖2：攝像機與靶標空間位置關(guān)系圖3：角點重投誤差圖表1：優(yōu)化前后的參數(shù)優(yōu)化過程參數(shù)優(yōu)化前優(yōu)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長度測量過程以標定靶標圖像中的第12幅圖像做為參考，如下圖4，將待測物體刀片置于靶標圖像之上，并拍攝新的圖像，如圖5所示。由于兩幅圖像靶標位置保持不變，故可利用標定過程中求得的參考圖像的外參R、T，以及攝像機內(nèi)參矩陣A，對待測物體進行尺寸測量。圖4:第12幅靶標圖像圖5：實驗測量圖像利用攝像機標定過程得到待測物體所在靶標的外參矩陣為：(1)提取所用靶標圖片中的兩端點像素坐標（紅色區(qū)域）為：（83，44）、（231,44）。求得對應點在世界坐標系下的空間坐標為：（-0.003,-0.0038,0）、（-0.0028,0.052,0）利用距離公式，求得兩點間距離：D2=0.056(2)提取的待測物體兩端點像素坐標（紅色區(qū)域）為：（94,93）、（211,139）。求得對應點在世界坐標系下的空間坐標為：（0.015,0.00007，0）、（0.032,0.043,0）利用距離公式，求得兩點間距離：D1=0.05(3)由于已知靶標方格長度S=13*7.5=97.5mm，利用比例關(guān)系可得所測物體的長度為：L=S*D1/D2=87.05mm,測量得到實際刀片長度為90mm,相對測量誤差為：3.2％。二、誤差分析(1)在攝像機標定過程中，若攝圖像的清晰度不夠、亮度不均勻、覆蓋的視場范圍較小，會造成標定參數(shù)的誤差較大；(2)手動提取角點以及被測量物體的坐標時也會造成誤差；(3)在測量圖像中，由于待測物體存在一定的厚度,在被測物體與靶標平面之間白紙也有一定的厚度，其外參數(shù)R、T將和參考圖像不完全一致，從而造成測量誤差。線結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)標定與測量實驗一、實驗過程與結(jié)果1.1線結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)標定將激光器投射的光平面打在棋盤格靶標上并拍攝圖像，對拍攝得到的光條靶標圖像進行攝像機標定，并選取3幅光條圖像獲得其R、T參數(shù)。本實驗拍攝的標定靶標圖像如圖1所示圖1：線結(jié)構(gòu)光標定圖像標定結(jié)構(gòu)光需要知道光條上控制點的像素坐標，故首先需要提取光條。本實驗利用先分割后細化的方法提取光條，結(jié)果如圖2。圖2：提取的光條圖像實驗中，在每幅圖像的光條上提取2個光平面點，其齊次像素坐標分別如下：p1=[5881401]T，p2=[588511]T，p3=[4874171]T，p4=[4883271]T，p5=[5004011]T，p6=[5034881]T。求得的攝像機坐標系下的坐標分別為：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個光平面點在攝像機坐標系下的坐標可以擬合出光平面在攝像機坐標系下的方程：ax+by+cz=1，擬合結(jié)果為：[abc]=[-0.00039;-0.0078;0.00049]擬合平面三維圖如下圖3：圖3：擬合光平面圖像1.2線結(jié)構(gòu)光實現(xiàn)距離測量將光條打到直尺上，注意盡量保持光條與直尺邊緣平行，否則會造成測量誤差。由直尺上的刻度可以讀出光條上兩點間的實際距離，同時利用這兩點的圖像坐標可以反求出它們在攝像機坐標系下的空間坐標，進而利用距離公式求得它們的空間距離，將該測量值與實際值比較，求出測量誤差。 實驗拍攝的圖像如圖4所示圖4：距離測量圖像距離測量結(jié)果如表1所示表1結(jié)構(gòu)光距離測量結(jié)果實際距離(mm)15101520測量值(mm)0.954.979.9814.8519.96平均誤差1.4％