摄像机虚拟三维靶标标定法优化方案

吴斌¹ 叶声华¹ 周富强¹ 杨学友¹ 盛玉²

（1.天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室 天津 300072；

2.南京依维柯汽车有限公司车身厂 南京 210028）

摘要：采用二维平面靶标自由移动，构建虚拟三维靶标，实现摄像机内部参数的标定，该方法可以保证摄像机在固定之后进行标定，使摄像机的标定状态和工作状态一致，降低了标定设备的成本，简化了标定过程，提高了标定效率。实验结果表明，该方法切实可行。

关键词：摄像机标定 虚拟靶标 视觉检测

中图分类号：TP242，O432，TP301 文献标识码：A 文章编号：0493-2137（2001）03-0312-04

Camera Calibratdn Method Based on

Virtual 3D Target in The Vision Sensor

WU Bin¹ YE Shenghua¹ ZHOU Fuqiang¹ YANG Xueyou¹(www.xing528.com)

SHENG Yu²

（1.State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instrument，Tianjin University Tianjin 300072；2.Body Plant of NAVECOLtd Nanjing 210029）

Abstract：A new method for constructing a virtual 3D target used for camera calibration with a 2D coplanar targer is proposed in this paper.Without fixing the motion of the calibration targer，all the parameters can be readily calibrated after the camera has been mounted.Therefore，it is guaranteed that the calibration state is identical to the working state of the camera.The proposed approach greatly reduces the cost of calibration equipment and increases the calibrating efficiency.Experi-ments show that this method is practical in the vision in spection applications.

Keywords：camera calibration virtual targer vision in spection

在机器视觉系统中，摄像机内部参数的标定是指获得摄像机成像模型中各项参数的精确值的过程^[1]，它是实现视觉检测的必要条件之一。合适的标定方法主要由要求的标定精度和可用的标定设备决定的，传统的透视投影标定方法对标定靶标的精度要求非常高。用于摄像机内部参数标定的靶标，必须具有以下特点：靶标特征点的世界坐标已知，特征点的图像坐标容易求取。也就是说，对摄像机标定来说，场景-图像坐标对必须知道。一般地说，标定靶标的世界坐标可以直接获得，相应的图像坐标在获取的图像中求得。标定靶标可以为三维、虚拟三维（由不同位置的二维靶标构建而成）或者二维（共面）物体。三维标定靶标的成本高，特征点的三维坐标精度要求高，其特征点在三维空间的三维坐标测量也是十分复杂的。但另一方面，为了获得所有的摄像机参数，许多标定方法都需要已知标定靶标特征点的三维坐标，常用的方法是由摄像机在不同位置获取二维靶标的多幅图像，然后由多幅二维图像来构建三维场景-图像坐标对。在实际的图像获取过程中，二维靶标是自由移动还是移动受到约束，对标定设备的选取和标定过程的复杂性尤为重要，后者往往需要昂贵的辅助设备，如机器人或精密移动导轨。同时这种标定方式还需要精确地保证靶标与移动工作台的垂直度，这也增加了标定过程的复杂性，而且标定效率低。为了使标定过程简单化，且不需要昂贵的标定靶标及设备，本文提了一种由自由移动的多个二维共面靶标图像构建虚拟三维靶标的方法。

收稿日期：2000-05-16；修回日期：2000-09-25。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（59735120）。

作者简介：吴斌（1975—），男，博士生。