标定系列——相机标定过程中标定板图案自动生成器（十）

原创 已于 2024-04-01 14:37:32 修改 · 609 阅读 · 2 ·
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于 2024-03-29 08:50:27 首次发布
本文介绍了在相机标定过程中使用的一种工具——在线标定板生成器，它简化了标定板的制作过程，对于摄影测量和计算机视觉应用至关重要。
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标定系列——相机标定过程中标定板生成器（十）

说明

在相机标定过程中免不了要用到标定板，以下网址可以生成标定板

网站

标定板在线生成器

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多相机系统的标定板摆放有什么特殊要求？
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<think>我们正在讨论多相机系统（三相机）中标定板摆放的特殊要求。根据用户提供的引用和之前关于三相机测距的讨论，我们可以总结如下： 1. **引用[4]**提到：在双目标定时，外参通过全局BA优化获得，目标函数是重投影误差。重投影误差对近处的点更敏感，因此优化结果更倾向于满足近处的点。所以，采集标定图像时，相机与标定板的距离会影响标定结果。这意味着在多相机系统中，我们需要在不同距离上摆放标定板，以保证标定结果在整个测量范围内都准确。 2. **引用[2]**提到：2D相机无法直接测量深度，但如果装在机器人手臂上，可以通过平面参考点集的方法进行标定。这提示我们在多相机系统中，标定板需要能够被所有相机同时看到，并且标定板的参考点集（如棋盘格角点）需要被精确检测。 3. **引用[3]**提到：标定过程需要找到图像平面和激光点云在不同视角下的对应点，通常使用特殊的标定板（如三角板、多边形或球体）。但在多相机系统中，我们使用的是相机，所以标定板一般选择棋盘格或圆点标定板。另外，由于场景中的平面普遍存在，所以棋盘格标定板是常用选择。 4. **引用[1]**虽然主要讲激光雷达和相机联合标定，但其中提到标定效果不稳定，需要注意许多点。这同样适用于多相机标定，尤其是标定板的摆放位置和姿态。 结合以上引用和我们对多相机标定的理解，多相机系统中标定板摆放的特殊要求如下： ### 多相机系统中标定板摆放的特殊要求 1. **全覆盖性**：标定板必须同时出现在所有相机的视野中。对于三相机系统，标定板需要放置在三个相机共同视野重叠区域内。如果相机之间的基线距离较大，这个共同视野区域可能较小，因此标定板的大小和位置需要精心设计。 2. **多距离摆放**：根据引用[4]，标定板需要放置在多个不同的距离上（近、中、远），以覆盖整个测量范围。因为重投影误差对近距离更敏感，所以多距离摆放可以平衡整个深度范围内的标定精度。建议至少3个不同距离（例如，最小工作距离、中间距离、最大工作距离）。 3. **多姿态摆放**：标定板需要以不同的姿态（旋转和平移）出现在图像中。通常要求标定板绕三个轴（X, Y, Z）均有不同程度的旋转（一般要求旋转角度范围大于30度），并且平移位置覆盖整个视野。这样可以得到更全面的参数约束。每个相机建议至少15-20个不同姿态的图像。 4. **标定板大小**：标定板的大小应与标定距离相适应。根据经验，标定板在图像中应占据至少1/4到1/3的宽度或高度。当标定板距离较远时，需要使用更大的标定板，以确保特征点（如棋盘格角点）能够被准确检测。 5. **光照条件**：标定板需要有均匀的光照，避免反光和阴影。因为过亮或过暗的区域会影响角点检测的精度。如果使用多个光源，要确保不会在标定板上产生强反射。 6. **标定板平整度**：标定板必须保持平整。任何弯曲或变形都会引入误差。建议使用刚性材料（如铝板）制作标定板。 7. **特征点密度**：棋盘格标定板的内角点数量应足够多（例如，8×8以上），以提供足够的约束方程。同时，角点之间的实际物理距离（即棋盘格大小）应精确已知。 8. **避免对称性**：避免将标定板以对称方式摆放（例如，正面平行于相机且居中），这会导致标定参数退化。应尽量采用非对称的摆放方式。 9. **动态范围适应性**：如果系统的工作距离范围很大（例如，从0.5米到10米），则需要使用多个不同尺寸的标定板，或者使用可移动的标定板在不同距离上进行标定。 ### 标定板摆放步骤建议 1. **确定共同视野区域**：首先打开三个相机，观察它们的视野，找到重叠区域。 2. **从近距离开始**：将标定板放在离相机较近的位置（例如，最小工作距离），调整姿态，确保三个相机都能完整看到标定板。 3. **采集多姿态图像**：在每个距离上，改变标定板的姿态（旋转和平移）并采集图像。建议每个距离采集10-20幅图像（不同姿态）。 4. **逐步增加距离**：将标定板移动到中距离和远距离，重复步骤3。 5. **检查角点检测**：实时检查角点检测结果，确保每个图像中所有角点都被正确检测。 ### 注意事项 - 如果使用自动采集，应确保标定板在移动过程中不会出现运动模糊。 - 标定板的背景应尽量简单，避免与标定板图案相似的纹理干扰。 通过以上步骤，可以获取高质量的标定数据，从而提高多相机系统的标定精度[^4][^3]。 §§相关问题§§ 1. 多相机标定中如何有效扩大共同视野区域？ 2. 标定板在不同距离下的大小如何计算？ 3. 如何自动检测标定板在多个相机中的可见性？ 4. 多相机标定失败时如何诊断问题？ </think>### 多相机系统中标定板摆放的特殊要求 在多相机系统中进行标定（如三相机测距系统），标定板的摆放直接影响标定精度。以下是基于多视图几何约束和实际工程经验的核心要求： #### **1. 全视野覆盖要求** - **共视区最大化**：标定板必须同时出现在所有相机的视野重叠区域（共视区）。建议标定板尺寸满足： $$W \geq \frac{B \cdot Z}{f}$$ 其中 $B$ 为最大相机基线距离，$Z$ 为标定板距离，$f$ 为焦距[^4]。 - **角度覆盖**：标定板需以不同角度（俯仰/偏航/旋转）出现在视野中，建议覆盖 $\pm 30^\circ$ 范围，每个相机至少采集 **15组** 不同位姿的图像[^1]。 #### **2. 距离分层策略** - **多深度层采样**：在近、中、远三个距离层摆放标定板（如图示）： ```mermaid graph TD A[相机1] -->|近场| B[0.5-1m] A -->|中场| C[1-3m] A -->|远场| D[3-5m] ``` 近场优化内参精度，远场优化外参精度[^4]。 #### **3. 姿态约束** - **非平行原则**：避免标定板平面与相机成像平面平行（减少退化配置），建议法线方向夹角 $>15^\circ$[^2]。 - **遮挡规避**：当相机呈三角形布局时，标定板边缘需留白 **20%** 区域，防止相邻相机遮挡角点[^3]。 #### **4. 环境与操作要求** 1. **光照均匀性**：使用漫反射材料标定板，照度差异 $< \pm 10\%$ 跨相机视野[^1] 2. **运动平滑性**：移动标定板时保持匀速（推荐 $<0.2m/s$），避免运动模糊[^4] 3. **背景简洁**：优先选择纯色背景（如黑色绒布），降低特征误检率[^3] #### **5. 标定板选型建议** | 类型 | 适用场景 | 多相机优势 | 限制 | |------------|-------------------|------------------|--------------------| | 棋盘格 | 室内/均匀光照 | 角点检测稳定[^1] | 远距离识别率下降 | | 圆点阵列 | 高动态范围环境 | 抗透视变形[^3] | 需亚像素定位 | | Charuco板 | 遮挡场景 | ID唯一防误匹配 | 制作成本高 | > **标定失败常见原因**：标定板距离单一（导致深度尺度误差）、共视区域不足（外参不可观）、光照不均（角点提取不一致）[^1][^4]。
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