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基于平面变换的高精度相机标定方法

彭妍 郭君斌 于传强 柯冰

彭妍, 郭君斌, 于传强, 等 . 基于平面变换的高精度相机标定方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(7): 1297-1303. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0015
引用本文: 彭妍, 郭君斌, 于传强, 等 . 基于平面变换的高精度相机标定方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(7): 1297-1303. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0015
PENG Yan, GUO Junbin, YU Chuanqiang, et al. Calibration method for high precision camera based on plane transformation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(7): 1297-1303. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0015(in Chinese)
Citation: PENG Yan, GUO Junbin, YU Chuanqiang, et al. Calibration method for high precision camera based on plane transformation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(7): 1297-1303. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0015(in Chinese)

基于平面变换的高精度相机标定方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0015
基金项目: 

国家自然科学基金 61501470

详细信息
    通讯作者:

    郭君斌, E-mail: gjb_202@163.com

  • 中图分类号: TP391

Calibration method for high precision camera based on plane transformation

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61501470

More Information
  • 摘要:

    针对传统方法未考虑透视偏差的存在,提取椭圆圆心作为真实物理圆心投影点造成相机标定误差的问题,提出了一种基于平面变换的高精度相机标定方法。提取标定板内外边框上的角点,对标定板进行平面变换,将标记点由椭圆投影成近似的标准圆;利用图像矩提取标准圆圆心的坐标,投影回原标定板平面,得到标记点实际圆心的像素坐标;根据圆形标记点实际圆心的坐标,利用张正友标定法完成相机标定。实验结果表明:与传统方法相比,所提方法将相机标定的误差降低了66.169%,有效提高了相机标定的精度。

     

  • 图 1  点阵标定板

    Figure 1.  Lattice calibration plate

    图 2  图像预处理

    Figure 2.  Image pre-processing

    图 3  提取边框的角点

    Figure 3.  Extraction of border corners

    图 4  经过透视变换的标定板平面

    Figure 4.  Calibration plate plane after perspective transformation

    图 5  提取标准圆的圆心

    Figure 5.  Extraction of center of standard circle

    图 6  提取圆形标记点的圆心

    Figure 6.  Extraction of center of circular markers

    图 7  点阵标定板的像素坐标系轴线分布

    Figure 7.  Axis distribution of pixel coordinate system of lattice calibration plate

    图 8  点阵标定板的世界坐标系轴线分布

    Figure 8.  Axis distribution of world coordinate system of lattice calibration plate

    表  1  点阵标定板规格

    Table  1.   Specification of lattice calibration plate

    参数 数值
    标定板尺寸/mm 200×200
    圆点数量/个 7×7
    圆点直径/mm 12.5
    圆心距/mm 25
    外边框长度/mm 200
    内边框长度/mm 187.5
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    表  2  相机标定结果对比

    Table  2.   Comparison of camera calibration results

    参数 传统方法 本文方法
    焦距 fx/像素 904.829 920.942
    fy/像素 905.350 918.769
    主点坐标 u0/像素 604.321 616.318
    v0/像素 344.552 333.515
    镜头畸变系数 k1 0.016 2 0.003 4
    k2 0.010 2 0.002 0
    k3 -0.103 4 -0.028 9
    p1 0.001 3 -0.000 8
    p2 -0.003 2 0.001 2
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    表  3  相机标定的重投影误差对比

    Table  3.   Comparison of re-projection errors in camera calibration

    图像序号 重投影误差/像素
    传统方法 本文方法
    1 0.077 992 668 0.027 848 8
    2 0.160 459 9 0.050 742 9
    3 0.099 213 23 0.024 396 3
    4 0.139 651 5 0.050 264 5
    5 0.066 711 65 0.023 466 5
    6 0.125 555 3 0.045 840 3
    7 0.097 389 74 0.037 083 4
    8 0.128 29 0.057 831 3
    9 0.099 505 6 0.034 262 6
    10 0.151 173 0.043 132 7
    11 0.049 206 0.018 771 4
    12 0.070 045 991 0.024 623 1
    13 0.089 888 6 0.023 999 7
    14 0.112 454 0.036 633 7
    15 0.060 713 33 0.022 829 6
    16 0.079 800 88 0.022 511 8
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    表  4  相机标定的平均重投影误差对比

    Table  4.   Comparison of average re-projection errors in camera calibration

    标定方法 平均重投影误差/像素
    传统方法 0.100 5
    本文方法 0.034 0
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-11
  • 录用日期:  2021-04-09
  • 刊出日期:  2021-04-19

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