halcon單相機標(biāo)定和畸變矯正程序

為什么要進行單相機標(biāo)定？

廣義：畸變矯正和一維和二維測量

畸變矯正：

在幾何光學(xué)和陰極射線管(CRT)顯示中?；兪菍χ本€投影的一種偏移。簡單來說直線投影是場景內(nèi)的一條直線投影到圖片上也保持為一條直線。那畸變簡單來說就是一條直線投影到圖片上不能保持為一條直線了。這是一種光學(xué)畸變（optical aberration）?；兪且环N相差，可能由于攝像機鏡頭導(dǎo)致，會對拍攝的物體的形狀產(chǎn)生變化，影響測量。

我自己對畸變矯正的理解就是，當(dāng)相機進行標(biāo)定時，雖然標(biāo)定板也產(chǎn)生了畸變，但是標(biāo)定板（圓形）的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)我們已經(jīng)告訴了halcon，比如，圓的排列方式、直徑、中心距等。通過加載多張標(biāo)定板圖片，halcon可以通過函數(shù)求出鏡頭里發(fā)生畸變的標(biāo)定板與未發(fā)生畸變的標(biāo)定板之間的映射關(guān)系，也就是相機本身的內(nèi)參（拍攝有畸變）和矯正之后無畸變內(nèi)參之間的映射關(guān)系，將這種映射關(guān)系作用到拍攝時發(fā)生畸變的物體當(dāng)中，就完成了畸變校正.。

步驟：

1）通過標(biāo)定求出相機內(nèi)參。

2）通過有畸變的內(nèi)參求出無畸變的內(nèi)參。用chage_radial_distortion_cam_par()函數(shù)完成。

3）求出有畸變的內(nèi)參和無畸變的內(nèi)參之間的映射關(guān)系。用

gen_radial_distortion_map()函數(shù)

4）將上邊的映射關(guān)系作用到產(chǎn)生畸變的物體當(dāng)中，完成畸變校正

一維和二維的測量

圖片上的尺寸是像素距離，標(biāo)定后，可以求出像素距離與物理空間距離的換算關(guān)系，從而計算出實際的物理尺寸。

狹義：求解相機的內(nèi)參和外參以及畸變參數(shù)，得到二維平面像素坐標(biāo)和三維世界坐標(biāo)的關(guān)系，從而進行三維重建。

相機內(nèi)參：相機的固有屬性,在進行畸變校正時需要用到相機的內(nèi)參。

相機外參：物體在經(jīng)過透鏡成像之后，實際上是經(jīng)過了旋轉(zhuǎn)和平移，而外參就是告訴我們物體成像后經(jīng)過了那種旋轉(zhuǎn)和平移，相機的外參包括平移矢量和旋轉(zhuǎn)矩陣。

畸變參數(shù)：采用理想針孔模型，由于通過針孔的光線少，攝像機曝光太慢，在實際使用中均采用透鏡，可以使圖像生成迅速，但代價是引入了畸變。有兩種畸變對投影圖像影響較大：徑向畸變和切向畸變。

相機的畸變和內(nèi)參是相機本身的固有特性，標(biāo)定一次即可一直使用。但由于相機本身并非理想的小孔成像模型以及計算誤差，采用不同的圖片進行標(biāo)定時得到的結(jié)果都有差異。一般重投影誤差很小的話，標(biāo)定結(jié)果均可用。

二、標(biāo)定流程

實現(xiàn)的原理是根據(jù)相機的像元尺寸、焦距和標(biāo)定板的描述文件（.descr）來找到顯示的標(biāo)定板圖像上面的標(biāo)志點，從而確定標(biāo)定板實際輸入的參數(shù)（Distance、Diameter等）和這些參數(shù)對應(yīng)的圖像像素大小的關(guān)系，完成標(biāo)定。

標(biāo)定步驟：

1）使用gen_caltab算子生成一個標(biāo)定文件

標(biāo)定前需要生成一個.descr的描述文件，也就是世界坐標(biāo)系與像素坐標(biāo)系的關(guān)系，當(dāng)我們下一次做別的項目時，只需要調(diào)用描述文件，即可完成標(biāo)定過程。

生成標(biāo)記文件的算子：gen_caltab (7, x方向的標(biāo)記數(shù)；

7, y方向的標(biāo)記數(shù)；

0.0075, 標(biāo)記點圓心之間的距離，單位：米；

0.5, 標(biāo)記點直徑與標(biāo)記點圓心之間距離的比值；

‘C:/Users/Administrator/Desktop/caltab.descr’,標(biāo)定板的描述文件的保 存路徑；

‘caltab.ps’，描述標(biāo)定板的一些信息，打印標(biāo)定板時會用到)

2）打開標(biāo)定助手，加載標(biāo)定文件，設(shè)置相機參數(shù)（單個像元寬高（問相機廠商或看手冊），相機焦距）

3）實時獲取各個角度、位置的標(biāo)定板圖片（9-16張左右），并選擇其中一種圖片設(shè)置參考位姿，然后標(biāo)定。

可以看到相機的參數(shù)：

4）保存相機內(nèi)、外參，下次使用測量助手直接調(diào)用內(nèi)外參文件。

單獨說一下如何進行畸變校正，可以接上面的第三步之后：生成標(biāo)定數(shù)據(jù)（相機內(nèi)、外參）代碼，從而進行畸變校正

*相機內(nèi)參

CameraParameters := [0.0375147,-270.806,8.30152e-006,8.3e-006,647.48,520.914,1280,960]

*相機位姿，即外參（旋轉(zhuǎn)矩陣+平移矢量）

CameraPose := [-0.0091626,-0.00625214,0.700967,2.46926,358.933,179.443,0]

*1、校正徑向畸變，得到新的相機內(nèi)參

change_radial_distortion_cam_par (‘a(chǎn)daptive’, CameraParameters, 0, CamParamOut)

stop ()

Image Acquisition 02: Code generated by Image Acquisition 02

open_framegrabber (‘GigEVision’, 0, 0, 0, 0, 0, 0, ‘default’, -1, ‘default’, -1, ‘false’, ‘default’, ‘CAMERA_QBY_DM’, 0, -1, AcqHandle)

grab_image_start (AcqHandle, -1)

while (true)

grab_image_async (Image, AcqHandle, -1)

*2、對發(fā)生徑向畸變的圖像生成投影映射，圖像的映射數(shù)據(jù)存在第一個參數(shù)中

gen_radial_distortion_map (Map, CameraParameters, CamParamOut, ‘bilinear’)

*3、對圖像進行畸變校正

map_image (Image, Map, ImageMapped)

endwhile

close_framegrabber (AcqHandle)

注意：相機標(biāo)定之后，相機焦距、上下位置不能再動，否則需要重新標(biāo)定。

審核編輯：湯梓紅