这里介绍下基于棋盘格的相机参数标定。接上文说到的《【OpenCV】相机标定之棋盘格角点检测与绘制》,可以获取图像中的角点信息,再结合世界坐标点,就可以完成相机标定,将相机的图像坐标与世界坐标之间的转换关系建立起来,从而实现相机的三维重建、姿态估计等应用。
首先介绍下calibrateCamera() 函数
**calibrateCamera() **是 OpenCV 中用于相机标定的核心函数,它通过多张从不同角度拍摄的棋盘格图像,使用已知的物体的3D坐标和对应的图像点,来计算相机的内参(如焦距、主点位置等)和外参(如相机的旋转和平移向量)和畸变系数。
函数原型
cpp
double cv::calibrateCamera(
InputArrayOfArrays objectPoints,
InputArrayOfArrays imagePoints,
Size imageSize,
InputOutputArray cameraMatrix,
InputOutputArray distCoeffs,
OutputArrayOfArrays rvecs,
OutputArrayOfArrays tvecs,
int flags = 0,
TermCriteria criteria = TermCriteria(TermCriteria::COUNT + TermCriteria::EPS, 30, DBL_EPSILON)
)
参数说明
objectPoints : 世界坐标系中的3D点集,通常使用棋盘格的角点坐标(z=0)
类型: vector<vector>
每个元素是棋盘格角点的3D坐标
imagePoints : 图像中对应的2D点集
类型: vector<vector>
每个元素是检测到的棋盘格角点的像素坐标
imageSize: 图像尺寸(宽度,高度)
cameraMatrix: 输出相机内参矩阵(3×3)
cpp
[fx 0 cx]
[ 0 fy cy]
[ 0 0 1]
distCoeffs: 输出畸变系数向量(通常为5个元素: k1, k2, p1, p2, k3)。径向畸变和切向畸变。如果没有畸变,可以设置为 None 或者是一个全零的数组。
rvecs: 输出每幅图像的旋转向量(Rodrigues表示)。旋转向量与旋转矩阵是等效的,但旋转向量更为紧凑。通过它,可以了解相机相对于标定板的旋转情况。旋转向量是轴角表示,方向表示旋转轴,长度表示旋转角度(弧度)
tvecs: 输出每幅图像的平移向量。平移向量描述了标定板在相机坐标系中的位置。
flags : 标定标志位(可选):
CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS: 使用输入的cameraMatrix作为初始值
CALIB_FIX_PRINCIPAL_POINT: 固定主点
CALIB_FIX_ASPECT_RATIO: 固定fx/fy比值
CALIB_ZERO_TANGENT_DIST: 设置切向畸变系数p1,p2为零
CALIB_FIX_K1,...,CALIB_FIX_K6: 固定对应的径向畸变系数
CALIB_RATIONAL_MODEL: 使用有理函数模型计算畸变
//下面几个用的少
CALIB_THIN_PRISM_MODEL系数s1、s2、s3和s4已启用。为了提供向后兼容性,应明确指定此额外标志,使校准函数使用薄棱镜模型并返回12个或更多系数。
CALIB_FIX_S1_S2_S3_S4在优化过程中,薄棱镜的畸变系数保持不变。如果设置了CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS,则使用提供的distCoeffs矩阵中的系数。否则,它将设置为0。
CALIB_TILTED_MODEL系数tauX和tauY已启用。为了提供向后兼容性,应明确指定此额外标志,使校准函数使用倾斜的传感器模型并返回14个系数。
CALIB_FIX_TAUX_TAUY在优化过程中,倾斜传感器模型的系数保持不变。如果设置了CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS,则使用提供的distCoeffs矩阵中的系数。否则,它将设置为0。
criteria: 迭代优化终止条件
返回值
返回所有图像的重投影误差的RMS(均方根)值,表示标定的精度。
使用示例
cpp
#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;
using namespace std;
int main() {
// 准备棋盘格角点的世界坐标(假设棋盘格在z=0平面)
vector<vector<Point3f>> objectPoints;
vector<vector<Point2f>> imagePoints;
// 假设我们有多张标定图像
vector<String> imageNames;
glob("calibration_images/*.jpg", imageNames);
// 棋盘格尺寸(内角点数量)
Size boardSize(9, 6);
float squareSize = 1.0f; // 棋盘格方块的物理尺寸(单位任意)
// 生成世界坐标点
vector<Point3f> obj;
for(int i = 0; i < boardSize.height; i++)
for(int j = 0; j < boardSize.width; j++)
obj.push_back(Point3f(j*squareSize, i*squareSize, 0));
// 检测每张图像的角点
for(size_t i = 0; i < imageNames.size(); i++) {
Mat img = imread(imageNames[i], IMREAD_GRAYSCALE);
vector<Point2f> corners;
bool found = findChessboardCorners(img, boardSize, corners);
if(found) {
// 亚像素精确化
cornerSubPix(img, corners, Size(11,11), Size(-1,-1),
TermCriteria(TermCriteria::EPS+TermCriteria::COUNT, 30, 0.1));
imagePoints.push_back(corners);
objectPoints.push_back(obj);
}
}
// 相机标定
Mat cameraMatrix, distCoeffs;
vector<Mat> rvecs, tvecs;
Size imageSize = imread(imageNames[0]).size();
double rms = calibrateCamera(objectPoints, imagePoints, imageSize,
cameraMatrix, distCoeffs, rvecs, tvecs);
cout << "重投影误差: " << rms << endl;
cout << "相机内参:\n" << cameraMatrix << endl;
cout << "畸变系数: " << distCoeffs.t() << endl;
return 0;
}
注意事项
1、通常需要15-20张不同角度的棋盘格图像才能获得良好的标定结果
2、棋盘格应覆盖图像的各个区域(中心、边缘、角落)
3、棋盘格应有不同的倾斜角度
4、重投影误差(RMS)越小越好,一般应小于0.5像素
5、标定完成后,可以使用undistort()函数校正图像畸变