[发明专利]一种摄像机成像误差标定方法与矫正方法

权利要求书

1.一种摄像机成像误差标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将标定板放在待测平面上，用摄像机拍摄标定板，将拍摄的原始图像发送至成像处理设备；

步骤2：成像处理设备读取所述原始图像，判断是否存在标定板，寻找并记录标定板的特征点像素坐标Pg；

步骤3：设摄像机成像光心为P，其像素坐标为(Px,Py)，光心P的初始值设为图像中心，用最靠近光心的4个特征点计算出摄像机每个像素的实际大小dx、dy以及标定板的旋转角度-θ；

步骤4：计算出dx、dy、-θ之后，根据光心坐标P以及标定板特征点的实际长度lx,ly，建立标定板特征点的理想坐标Pn，同时，根据多参数畸变模型联立理想坐标Pn-像素坐标Pg之间的N组方程，N指标定板特征点的个数，要求N大于畸变模型参数的个数，可求得相机畸变多参数模型的最小二乘解X；

步骤5：由于步骤4求得的最小二乘解是基于光心坐标求得，但光心坐标未知，通过优化算法求得光心坐标的准确值；

步骤6：通过优化算法求得光心坐标P的准确值之后，再根据步骤4求出标定板特征点的理想坐标Pn与畸变模型参数的最小二乘解X；

步骤7：通过步骤6求得的仍然是最小二乘解，意味着每个特征点的矫正坐标与理想坐标并不能完全重合，只是在求解空间里距离差最小的优化解，因此通过二次标定实现标定板特征点矫正坐标与理想坐标完全重合，算法流程如下：

7.1：将原始图像中的特征点实际像素坐标Pg代入步骤6中的多参数畸变模型中进行矫正，获得一次矫正坐标Pc；

7.2：建立2参数误差模型，联立理想坐标Pn与一次矫正坐标Pc解得2参数误差模型的N组解析解；

7.3：通过插值算法计算得到特征点之间的普通点的二次矫正参数。

2.根据权利要求1所述的摄像机成像误差标定方法，其特征在于，所述步骤4中，建立标定板特征点的理想坐标Pn的方法如下：

设光心坐标为已知最靠近光心的棋盘格在像素坐标系中的坐标为根据步骤4已知标定板特征点的实际长度lx,ly与旋转角度-θ，算出4个Pi点的坐标：

以P(i,j-1)为基点：

以P(i-1,j)为基点：

以P(i-1,j-1)为基点：

得：

以为基点建立标定板的理想点，可得：

3.根据权利要求1所述的摄像机成像误差标定方法，其特征在于，在所述步骤5中，通过优化算法求得光心坐标的准确值的优化迭代流程如下：

将理想坐标Pn代入多参数畸变模型，求得该模型下理想坐标畸变后的坐标Pd；

用畸变坐标Pd与像素坐标Pg之间的距离的和作为损失函数利用优化算法进行优化求解，所述损失函数为：arg_min(∑||P_dP_g||)。

4.根据权利要求3所述的摄像机成像误差标定方法，其特征在于，所述优化算法为遗传算法、梯度算法或牛顿法。

5.根据权利要求1所述的摄像机成像误差标定方法，其特征在于，在所述步骤1中，用摄像机拍摄一张标定板的图像。

6.一种摄像机成像误差矫正方法，其特征在于，根据权利要求1所述的摄像机成像误差标定方法获得所有矫正后像素的矫正参数，根据获得的矫正参数求得矫正图像中每一像素所对应的原始像素的坐标，方法如下：

遍历矫正图像中的每一个像素的坐标Pn，将Pn代入其对应的二次矫正模型参数，获得一次矫正后的坐标Pc；

将一次矫正坐标Pc代入多参数畸变模型，求得原始图像坐标Pg；

如果求得的原始图像坐标Pg非整数，则通过插值法求得Pg的色彩值，并将所述色彩值填充到像素坐标Pn中。

7.根据权利要求6所述的摄像机成像误差矫正方法，其特征在于，所述插值法为双线性插值法或双三次插值法。