天津理工大学 计算机科学与工程学院 教育部视觉与系统重点实验室，天津 300384
光场相机作为一种新型的成像系统，可以直接从一次曝光的图像中得到三维信息。为了能够更充分有效地利用光场数据包含的角度和位置信息，完成更加精准的场景深度计算，从而提升光场相机的三维重建的精度，需要实现精确的几何建模，并精确标定其模型参数。该方法从薄透镜模型和小孔成像模型出发，将主透镜建模为薄透镜模型，将微透镜建模为小孔成像模型，结合光场相机双平面模型，将每个提取到的特征点与其在三维空间中的射线建立联系，详细解释了内参矩阵中每个参数的物理意义，以及标定过程中初值确定的过程，并在镜头径向畸变模型的基础上进一步应用了相机镜头的切向畸变模型以及基于射线重投影误差的非线性优化方法，改进了光场相机的标定方法。实验显示，该方法的RMS射线重投影误差为0.332 mm，与经典的Dansereau标定方法相比，进行非线性优化后得到的射线重投影误差精度提升了8%。该方法详细分析的场景点与特定像素索引的推导过程对光场相机的标定具有重要的研究意义，为光场相机光学模型的建立与初始化标定奠定了基础。
机器视觉 光场相机 重投影误差 相机标定 镜头畸变 machine vision light field camera reprojection error camera calibration lens distortion 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220326
1 河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室，河南 郑州 450001
2 河南工业大学郑州市机器感知与智能系统重点实验室，河南 郑州 450001
3 河南工业大学信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
提出一种基于消隐点共线约束的镜头畸变非量测校正方法。针对畸变中心的定位误差问题，利用畸变模型的基本矩阵和最小二乘法，实现畸变中心的高精度定位。同时，根据消隐点共线约束，定义消隐点和直线联合度量的畸变测度函数，并使用Nelder-Mead算法进行非线性优化，迭代计算出精确的畸变模型系数。实验结果表明，所提方法能够有效、准确地对镜头畸变进行校正，方法简单易行，校正精度高。
测量 镜头畸变 非量测校正 消隐点共线约束 直线残差 光学学报
2022, 42(23): 2312004
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 新加坡南洋理工大学计算机科学与工程学院, 新加坡 639798
在基于相机的众多应用场合中,对相机内外参数与镜头畸变参数的标定是关键环节,确定其标定过程的简易操作及标定结果的精度至关重要。与面阵相机相比,线阵相机的标定过程较为复杂。介绍了适合线阵相机的成像几何模型和镜头畸变模型,总结了线阵相机标定的一般流程,归纳分析了文献中基于静态成像和动态扫描成像的标定方法,并对其特点作出了简要评价。
成像系统 标定 线阵相机 相机成像模型 镜头畸变模型 非线性优化 交比不变性
针对靶场使用的光学镜头畸变校正方法错误地将似系统误差当作偶然误差处理, 并且只能在局部区域对畸变值曲面进行拟合, 无法用一个曲面函数精确描述畸变值整体变化特征等问题, 提出了一种基于多面函数的最小二乘配置法, 该方法首先用多面函数拟合最小二乘配置的趋势项, 然后, 利用拟合后残差求得经验协方差函数的未知参数, 进而得到协方差矩阵, 最后, 通过配置法求解待校正点的修正值。通过使用本文方法和传统方法分别对炸点坐标测试系统的光学经纬仪进行畸变校正, 证明本文方法的有效性和可行性。实验结果表明: 相比于传统方法, 本文方法能从整体上反映畸变值的整体连续变化趋势, 去除趋势项后得到的随机变化部分也较平稳; 校正精度在水平和垂直方向上分别提高了196"和10.9", 达到11.7"和7.7"。通过对实验数据的分析与验证, 证明了本文方法能有效提高光学测试设备的测角精度, 可为靶场大视场光学镜头的畸变校正提供参考依据。
光学镜头畸变校正 最小二乘配置 多面函数 协方差函数 optical lens distortion correction least square collocation polyhedral function covariance function
相位测量偏折术(PMD)是近几年在光学测量领域内普遍使用的一种非接触式的高精度测量方法,该方法需要CCD相机拍摄经被测光学元件反射的在显示屏上显示的条纹图,而CCD自身存在的镜头畸变会对测量精度产生一定的影响。为避免这一影响,提出了在梯形畸变和镜头畸变同时存在的情况下保留梯形形状而只校正镜头畸变的矢量Zernike多项式校正方法。该方法首先利用光轴与被拍摄面的交点及相机和被拍摄面的相对位置来求取与光轴垂直的辅助面上的标准图,然后利用矢量Zernike多项式拟合标准图与畸变图的坐标得到二者的映射关系,接着运用得到的映射关系对畸变图进行校正。实验结果表明:提出的畸变校正方法可以有效地降低测量误差,提高测量精度。
相位测量偏折术 镜头畸变 畸变校正 矢量Zernike多项式 phase measuring deflectometry lens distortion distortion correction vector Zernike polynomial
大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116024
针对摄像机镜头畸变对系统测量精度的影响, 提出了基于纯平移两视图几何的镜头畸变参数标定方法。首先, 分析了机器视觉测量中影响测量精度的主要畸变类型, 建立了镜头非线性畸变模型。然后, 利用射影几何及纯平移两视图几何的固有特性, 构建了四组约束方程用于求解畸变参数。最后, 针对大视场测量时标定板无法有效充满视场的问题, 提出了利用四维电控平台对视场分区域拍摄多组纯平移运动图像的畸变参数标定流程, 利用较小的靶标实现了大视场的镜头畸变参数标定。在实验室验证了本文提出的畸变校正方法的可行性。结果显示: 提出的方法标定精度较高, 标定后图像特征点连线的直线度误差减小了89%, 标定精度及可靠性均满足机器视觉测量的要求。
机器视觉 视觉测量 镜头畸变 图像校正 标定 machine vision visual measurement lens distortion image correction calibration
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对变焦距航空摄像机斜视成像产生的几何变形，提出一种同时校正斜视梯形失真和变焦距镜头非线性畸变的自动校正方法。根据直线透视投影不变性原理，利用单参数除式模型通过变步长优化搜索方法得到不同焦距对应的镜头畸变系数和畸变中心坐标; 研究了焦距变化对畸变的影响规律，校正了镜头畸变使其满足针孔成像模型; 引入飞机位置、姿态和摄像机视轴指向方位等因素，将航空图像重投影到地图坐标系中，对坐标变换后的像素亮度值进行重采样得到校正斜视变形和镜头畸变后的正射投影图像。对不同焦距和位置姿态下拍摄的地面靶标畸变图像和实际航空变焦距斜视图像进行了校正。结果表明，该方法能够有效准确地校正图像的几何变形，当飞行高度为2 500 m时，在文中给定的位置姿态精度下的图像几何校正均方误差约为2 m，较好地满足了后续图像拼接需求。该方法效率高，便于自动化实现，对提高图像拼接精度和实现目标精确定位与实时稳定跟踪具有重要意义。
变焦距斜视成像 几何校正 镜头畸变 除式模型 摄像机标定 zoom squint imaging mode geometric correction lens distortion division model camera calibration 光学 精密工程
2015, 23(10): 2927
镜头畸变是影响测量精度的关键因素之一。非度量镜头畸变校正方法直接将图像物理坐标系下的镜头畸变模型应用于图像像素坐标系, 忽略了非单位纵横比的情况。通过对成像过程进行分析, 得到了更精确的像素坐标表示的镜头畸变模型, 对现有的镜头畸变模型进行了修正 , 考虑了纵横比对镜头畸变的影响 。通过实验,对新模型的可行性进行了验证 , 实验结果表明, 新的模型能够有效地提高了测量精度。
相机标定 镜头畸变校正 镜头畸变模型 图像像素坐标表示的镜头畸变模型 camera calibration len distortion correction lens distortion model image pixel expressed lens distortion model
针对二维数字散斑斜光轴近距离测量时由于镜头光轴和待测目标面不垂直引起的误差问题，根据光学原理推导出不同角度拍摄时修正镜头畸变的校准应变公式。通过标准试件在弹性范围内进行拉压实验，验证校准应变公式对数字散斑图像测量数据修正的有效性，并与理论计算和应变片测试值进行比较。结果表明修正后的应变值误差在9.24%之内，提高了二维数字散斑相关测量技术的效率和精度。
成像系统 数字散斑相关技术 镜头畸变 误差修正 应变 激光与光电子学进展
2015, 52(5): 051101
1 吉林大学 机械科学与工程学院，长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
建立了一字线结构光的机器视觉测量模型，并提出了基于改进的CCD相机标定法的结构光平面精确标定方法.根据结构光沿光平面法线方向的能量分布规律，采用高斯拟合法提取图像中光条中心点的亚像素坐标.标定时，在自由移动的平面靶标上建立局部世界坐标系，利用结构光光条与标靶的共面性，将通过相机标定参量计算得到的光条中心点的局部世界坐标转换到相机坐标系中.利用光平面上求得的标定点的三维坐标，实现了一字线结构光平面在相机坐标系下的优化估计.该方法考虑了影响测量模型准确度的因素，可以获取大量的用于标定光平面参量的标定点坐标.标准量块和轴颈的测量结果表明，该方法在实际应用中具有较高的准确度.
结构光 平面靶标 标定 相机畸变 视觉测量 Structuredlight Planar target Calibration Lens distortion Machine vision measurement
