什么是相機標定？

如果你曾經(jīng)拍攝過照片，可能會發(fā)現(xiàn)有時候圖像中的物體會變形，或者有些地方看起來模糊。這些問題可能與相機的"標定"有關(guān)。簡單來說，相機標定就是通過一系列數(shù)學方法，讓相機能更準確地把現(xiàn)實世界中的物體轉(zhuǎn)化為清晰的圖像。在圖像測量和機器視覺中，相機標定至關(guān)重要，它幫助相機理解如何將物體的三維位置映射到二維的圖像上。

為什么需要相機標定？

相機拍攝的圖像不僅僅是物體的"照片"。實際上，相機的成像過程會受到一些物理因素的影響，比如鏡頭的畸變（圖像失真）和焦距等。為了讓相機"看"得更準確，我們需要通過標定來修正這些問題，讓相機成像更加真實和精確。這對于很多行業(yè)來說非常重要，例如自動駕駛、機器人視覺、醫(yī)學影像等。

相機標定的工作原理

在相機標定過程中，我們需要處理幾個不同的坐標系?？梢园堰@些坐標系想象成不同的"參考框架"：

像素坐標系：這是圖像中的坐標系，用來表示像素的位置。

成像平面坐標系：描述的是物體通過相機鏡頭映射到圖像平面上的過程。

相機坐標系：這是相機本身的三維坐標系，表示相機所在位置的空間。

世界坐標：這是我們?nèi)粘Ｉ钪械淖鴺讼?，用來表示物體在實際空間中的位置。

標定的目的是通過測量這些不同坐標系之間的關(guān)系，修正圖像中的誤差，從而得到更準確的空間位置。

畸變與如何修正？

相機成像中的畸變就像是鏡頭的“誤差”。最常見的畸變有兩種：

徑向畸變：這種畸變就像是圖像的邊緣被拉伸或者壓縮。你可能會看到圖像四角變得奇怪，或者中央部分正常而四周彎曲。比如，廣角鏡頭拍攝的照片，四個角可能會有“桶形”或“枕形”的畸變。

切向畸變：這類畸變是因為相機鏡頭和圖像平面不完全對齊造成的，通常會出現(xiàn)圖像失真或扭曲。

通過相機標定，我們可以消除或修正這些畸變，使得圖像更加真實和精確。

如何進行相機標定？

相機標定有幾種常見的方法：

傳統(tǒng)標定法：這種方法需要一個已知尺寸的標定物，例如一個棋盤格或其他標準圖案。通過拍攝這個標定物的不同角度和位置，我們可以計算出相機的內(nèi)外參數(shù)，進而修正圖像中的誤差。

主動視覺標定法：這種方法不需要標定物，但要求相機在特定的運動條件下工作。通過分析相機的運動軌跡和圖像變化，可以推算出相機的參數(shù)。

自標定法：這種方法利用圖像中一些自然的幾何特征，例如消失點或平行線，通過算法計算出相機的參數(shù)。它靈活但對環(huán)境要求較高。

標定后的好處

一旦相機標定完成，圖像的準確性和穩(wěn)定性將得到顯著提升。這不僅意味著拍攝的照片更加清晰、真實，還能讓機器視覺系統(tǒng)更加智能。例如，自動駕駛汽車通過相機標定能夠更準確地識別周圍的物體，從而做出安全的駕駛決策；機器人通過精確的標定可以在三維空間中準確定位和執(zhí)行任務。