機器視覺軟件Sherlock的應用-標定

 摘要：介紹機器視覺軟件Sherlock如何對將相機像素坐標系轉換成實際測量或檢測所需要的坐標系，以及利用標定來修正相機CCD平面與物體測量平面不平行引起的畸變。

    關鍵詞：標定（calibrate）  校正  放射性失真  畸變  虛擬相機

在應用機器視覺進行檢測或測量時，要得到精確的測量值，需要相機CCD平面和實際檢測或測量零件的表面相平行。否則，將發(fā)生透視性失真，從而很難保證精度。相機CCD與零件表面的平行通常通過人工調整夾具來保證。但是，調整夾具不可能完全保證平行，而且需要耗費很長的時間。

相機所拍攝圖像的坐標系并不是用戶實際需要的坐標系，因此需要將坐標系轉換成用戶需要的坐標系。

機器視覺軟件Sherlock利用標定很容易修正仿射性失真引起的畸變，并可方便的進行坐標變換。

1 相機標定工作原理

相機標定就是將相機像素坐標系轉換成用戶實際測量或檢測所需要的坐標系，使虛擬攝像機以真實單位進行精密測量。

Sherlock的相機標定利用了透視算法進行標定。每一次失真的類型都不一定相同，透視校正算法將對仿射變換和線性透視畸變進行補償，特別是當攝像機平面和物體平面不平行的時候，圖像中物體的直線仍然是直的，但是平行線不再平行（如圖1，透視失真），標定將補償仿射變換和少量的非線性畸變。

Sherlock的相機標定方法是在一個虛擬相機中利用四點坐標系函數(shù)來建立四點的位置。這樣，根據(jù)相機中的四個點的位置同實際坐標的關系，Sherlock可以通過內部數(shù)學轉換進行坐標變換，來校正仿射性失真或由于比例、偏移和旋轉（傾斜）引起的變化。

當攝像機傳感器平面和物體平面之間存在一個角度時，透視畸變就會發(fā)生。此時棋盤上的正方形看起來像梯形。透視畸變的數(shù)學公式如下：

u=(ax+by+c)/(hx+hy+I),

υ=(dx+ey+?)/(gx+hy+i)

（x,y）是攝像機或物體平面上的坐標，（u,v）是另一個平面上的轉換坐標。A,b,c,d,e,f,g,h和I是透視畸變算法從內部取出用于轉換每個要求點的轉換參數(shù)。

2 相機標定的步驟

[1] [2] 

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