OpenCV攝像頭標(biāo)定
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本文介紹使用OpenCV自帶的標(biāo)定例程對單目攝像頭標(biāo)定的過程。
操作系統(tǒng)：Linux
OpenCV版本：3.2.0
攝像頭：640×480像素，90度廣角鏡頭
一、標(biāo)定步驟
1、找到標(biāo)定例程
進(jìn)入OpenCV安裝目錄，找到samples/cpp/tutorial_code/calib3d/camera_calibration目錄，把它拷貝到一個合適的位置。（因為可能需要修改一些代碼，因此不建議直接在原目錄下使用。）
2、修改標(biāo)定配置參數(shù)
找到camera_calibration/in_VID5.xml文件，這是標(biāo)定程序使用的配置文件，需要設(shè)置里面的幾個參數(shù)。
棋盤格的寬度和高度。
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需要特別注意的是，這里的寬度和高度是指內(nèi)部交叉點(diǎn)的個數(shù)，而不是方形格的個數(shù)。如下圖所示的棋盤格，內(nèi)部交叉點(diǎn)的寬度是9，高度是6。請務(wù)必填寫正確，否則無法標(biāo)定。
每格的寬度
每格的寬度應(yīng)設(shè)置為實(shí)際的毫米數(shù)，該參數(shù)的實(shí)際用途尚待考證。目前看來，即使設(shè)置的不準(zhǔn)確也無大礙。
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選擇輸入方式
例程提供了三種輸入方式。不過，如果待標(biāo)定的攝像頭已經(jīng)接入電腦，建議使用input camera方式。該方式只需要設(shè)置視頻輸入設(shè)備號，對于筆記本電腦來說，通常0表示筆記本自帶攝像頭，1表示外接攝像頭。
? ? ? ? To use an input camera -> give the ID of the camera, like "1"
? ? ? ? To use an input video? -> give the path of the input video, like "/tmp/x.avi"
? ? ? ? To use an image list? -> give the path to the XML or YAML file containing the list of the images, like "/tmp/circles_list.xml"
? ? ? ? -->"1"
3、編譯
新建camera_calibration/CMakeLists.txt文件，寫入如下內(nèi)容。
project(Camera_Calibration)set(CMAKE_CXX_STANDARD11)find_package(OpenCV3.0QUIET)if(NOT OpenCV_FOUND)find_package(OpenCV2.4.3QUIET)if(NOT OpenCV_FOUND)message(FATAL_ERROR"OpenCV > 2.4.3 not found.")endif()endif()include_directories(${OpenCV_INCLUDE_DIR})add_executable(Camera_Calibration camera_calibration.cpp)target_link_libraries(Camera_Calibration${OpenCV_LIBS})
編譯
wjg@wjg-PC:camera_calibration/build$ cmake ..
wjg@wjg-PC:camera_calibration/build$ make
4、運(yùn)行
運(yùn)行時需要傳入配置文件：
wjg@wjg-PC:camera_calibration/build$ Camera_Calibration ../in_VID5.xml
程序啟動后會出現(xiàn)當(dāng)前攝像頭拍攝到的畫面，右下角有操作提示。按下鍵盤'q'鍵開始標(biāo)定。請務(wù)必使攝像頭從不同方向拍攝棋盤格，以保證程序準(zhǔn)確計算圖像畸變。共拍攝25張照片后自動結(jié)束標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果寫入camera_calibration/out_camera_data.xml。此時，為了查看標(biāo)定效果，可以按下鍵盤'u'鍵，畫面將切換到去畸變后的圖像，如果畸變完全消除，則標(biāo)定成功，否則應(yīng)該重新標(biāo)定。
這里有一些注意事項：
可以直接在另一臺電腦屏幕上顯示棋盤格，而不必打印出來。屏幕上顯示的棋盤格更平整，不會引入額外的誤差。
要在上下左右各個角度拍攝棋盤格，以減少各個圖片間的相關(guān)性，有利于求解相機(jī)參數(shù)和畸變系數(shù)。
現(xiàn)在，就可以使用標(biāo)定好的相機(jī)內(nèi)參和畸變系數(shù)啦！
二、相機(jī)去畸變
有了標(biāo)定好的參數(shù)，如何把輸入圖片的畸變?nèi)コ兀科鋵?shí)很簡單，只需要調(diào)用OpenCV提供的一個函數(shù)就可以了：
cv::undistort(temp, frame, mK, mDistCoef);
其中，temp為原圖片，frame為去畸變后的圖片，mK為相機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣，mDistCoef為畸變矩陣。后兩個矩陣都可以在camera_calibration/out_camera_data.xml中找到。
三、理論知識——相機(jī)模型
光會用還不夠，我們應(yīng)該至少了解為什么需要標(biāo)定，標(biāo)定有什么用。
簡單來說，標(biāo)定是為了能夠從空間點(diǎn)的像素坐標(biāo)映射到世界坐標(biāo)，這是3D立體視覺必須經(jīng)過的過程。這一過程需要三步，第一步從畸變的像素坐標(biāo)映射到去畸變的像素坐標(biāo)，需要用到畸變矩陣mDistCoef；第二步從去畸變的像素坐標(biāo)映射到相機(jī)坐標(biāo)，需要用到相機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣mK；第三步從相機(jī)坐標(biāo)映射到世界坐標(biāo)，需要用到相機(jī)外參數(shù)矩陣，也就是相機(jī)位姿變換矩陣。下圖展示了第二步和第三步的過程。
關(guān)于更詳細(xì)的理論知識，推薦閱讀文末列出的參考資料。
四、參考資料
