吕小斌相机内部参数标定装置设计正
第一章 前言
1.1 课题背景
相机内参数标定作为实现机械视觉测量的首要环节，机械视觉在各类检验、工业自动化生产线、视觉导航、3D四轮定位等多个领域得到广泛应用。高精度的相机标定能获得高精度的机器视觉测量。相机标定确定相机模型是参数的过程，参数主要是内部参数，内部参数是相机本身固有的与光、电以及几何结构有关的参数。本论文的主要目的就是对相机内参数的标定装置进行设计与计算，确定相机在不同的机构作用下所能完成的功能，同时提高相机内部参数的标定精度。相机内参数标定从视觉数目方面进行分类，主要有三种主要类型：单目视觉、双目视觉和多视角视觉，从标定方法方面进行分类，主要有传统标定法和创新标定法，不同的方法对应不同的相机模型，相机模型大多可以分为以下两中类型，线性模型和非线性模型。日常生活中所见到的针孔模型为线性模型，是研究者在基于光学成像原理上的进行抽象表达之后的成果。因为相机前镜头在生产过程和安装时，会产生一定程度的变形，这种变形被称为相机畸变。所以线性模型在没有精益的制造技术和高精密的安装技术下很难展现相机成像原理。研究者为了更进一步展现相机的成像原理过程，把相机镜头畸变纳入研究的范围中。相机镜头畸变对相机内参数标定精度有着不可轻视的影响，此外，相机内参数标定的精度还取决于标定方法、标靶的表面制造精度、提取图像特征点坐标的精度等多个因数。现在世界上对相机内参数标定的方法研究方向主要有一下几大方向， 1）标定速度 2）简单的实验环境 3）价格低廉的实验器材以及较高的标定精度。因此确定精确的相机模型以及减少各因素对标定参数精度的影响，构成了相机内参数标定研究的主要内容。
本论文主要研究内容就是采用一种简单方便的方法确定相机的位姿关系；然后对DLT标定法、Tsai两步法以及基于平面靶标标定的张正友法进行研究，再设计装置来对这些标定方法进行试验，最终确定最好的标定方法。
1.2国内外研究现状
人类大多数是通过视觉来获取外界信息，视觉信息量巨大，体现了人类视觉功能的重要性。随着信息技术发展，人们通过计算机等实验器材来实现人类的视觉功能，同时，对机器视觉的要求也越来越高。自20世纪50年代以来，虽然还未实现使相机视觉领域像人类等生物那样灵活、高效和通用的视觉，但现有的视觉理论和技术不断的得到提高和发展，这使得人类正逐步的逼近梦想，实现梦想。
20世纪50年代到60年代，机器视觉从二维图像的分析到三维场景为目的的三维视觉研究。期间，B.allertH在1966年首次将最小二乘法引用到相机标定中，并应用在立体坐标测量仪中。到70年代，出现一些视觉应用系统。1971年，delAb和raraKa提出
DLT（直接线性变换）相机标定方法。1975年，W.aigF考虑了镜头畸变因素，提出用非线性优化的方法解决相机标定精度问题。在20世纪80年代，有一种重要的理论框架被广为人知，并成为视觉研究领域的一个核心理论，该理论就是rrMa在1977年新研究出来的一种计算视觉理论，为整个计算机视觉领域做出了重大贡献。但这一理论框架也存在着大量的不足，许多学者不断的完善，并使这一框架被广泛认知。到了80年代中期，机器视觉注入了一些新方法、新理论、新概念，使整个领域得到了迅速发展。1986年，一种考虑相机畸变的新标定法出现了，是由Tsai提出。而到90年代，在工业、医疗等领域中，机器视觉得到广泛应用，同时多视几何的视觉理论也得到不断的发展。1992年，相机创新标定方法首次出现在机器视觉领域，是由tleyHar提出。1999年，由于saiT两步法要求的标定物为3D立体靶标，其加工和制造精度较难满足，张正友考虑到这一特性，提出了一种新的使用平面靶标标定的两步法。
目前很多学者和科研机构在对相机标定深入研究，例如2010年，南昌航空大学专门成立了一个研究所，该研究所专门研究视觉测量技术；北京大学也成立了主要研究视觉和听觉的国家重点实验室；浙江大学也成立了研究视觉理解与机器人视觉的实验室等。
1.2.1相机经典标定方法
标定方法通过相机标定过程中是否需要标定物可大致分为传统标定方法和创新标定方法。传统的标定方法中，常用的标定方法有DLT方法、Tsai两步法以及基于平面标靶的张正友法等。此类标定方法有一共同的局限性，标定时需要标定物，即一个二维或三维的物体，需要将此标定物放在相机前，利用靶标上一些已知的三维空间点坐标和图像点坐标来计算相机的内外参数。1971年，delAb和araraK提出DLT（直接线性变换）方法，分析了三维标定物和相机图像之间的关系，在线性模型中的成像几何问题，通过求解线性方程而得到这种线性模型的参数估计。该方法快速简单，但由于相机镜头中透镜的曲面误差、透镜组合误差以及CCD的制造误差等误差因素存在，而这种方法没有考虑这些误差问题，所以得到的标定精度不高。1975年，W.aiF考虑了镜头畸变问题，提出一种用非线性优化的方法解决相机标定的成像问题，如果有较好的初始值，可以较快的收敛，从而得到精度较高的标定参数。然而也是因为标定精度受限于给定的初始值，导致初始值的选取直接影响标定精度，计算量大。1986年，saiT在W.aigF的基础上，提出了两步标定法。第一步用DLT对相机参数求解，第二步将这些参数值作为初始值代入下一步非线性优化方法中进行精化。该方法结合了线性变换法和非线性优化法的优点，线性部分通过理想的针孔模型解出一部分外部参数，非线性部分考虑了一阶径向畸变，通过上一步解算出的参数再进行线性方程求解，得到其余参数，然后进行迭代优化。而后engW在saiT的算法上进行改进，使得算法也适合较大视场和畸变较大的情况。虽然saiT两步法简单且精度较高，但是也存在不足之处，只解决了径向畸变问题，没有涉
及切向畸变问题，这使得该模型不能解决复杂的畸变问题，且标定物为立体靶标，制作成本较高，操作不易。1999年，张正友提出了基于2D平面靶标的标定法，简单实用且精度较高，因而受到广泛使用。标定过程分为两步：首先用线性方程求出相机的内外参数初步值，再用最大似然估计法优化各参数。只需3幅在任意位姿情况下的图片即可标定出相机参数，且标定精度较高。于是该方法常被一些软件平台开发成一套标定程序，方便用户直接使用。目前，有许多软件平台可以实现对标定算法的实现，例如常用的有atlabM、CVOpen、VC等软件。其中，atlabM平台开发了一整套用于标定的程序，可以轻松实现标定物为平面靶标和立体靶标的相机标定的算法，并制作了标准界面，方便用户使用；CVOpen平台也开发了有关相机标定的程序代码，用户只需执行命令即可标定。
1.2.2 相机创新标定方法
相机创新标定方法由tleyHar、gerasFau等人在20世纪90年代提出，与传统标定方法不同，此类方法不需要标定物，只需在静态场景中移动相机，这样避免了对靶标高精度制作的要求，或避免在相机前不方便放置标定靶标的情况下应用（如对远距离作业或危险、恶劣情况下作业的机器人等）。1992年，tleyHar提出的相机创新标定方法首次出现在机器视觉领域，相关技术便成为机器视觉的研究热点。一种称为QR分解法的方法被首tleyHar次提出，并且在相机标定的过程中不需要标定物，只需要控制相机做特殊的运动，虽灵活性强，但鲁棒性不高。而后，gerasFau提出了一种基于二次曲线的创新标定技术,ggsTri提出基于二次曲面的创新标定技术、马颂德提出主动视觉的标定方法等。马颂德提出的主动视觉方法使得标定方法有了一个很高的提升，该方法是指在一个精确控制平台上固定好相机，能够从计算机中读出平台的运动参数，不需要靶标，只需控制相机做互相垂直的运动，然后在不同位置上拍摄图像，通过这些图像标定出相机模型中的参数，也就是相机坐标系与平台坐标系之间的外参数以及相机内参数。其后许多学者在此基础上做了大量工作，将算法改进。虽然主动视觉标定法可以线性求出相机参数，但是由于需要提供控制台，成本较高。目前许多学者深入研究了相机创新标定技术，例如中国自动化研究所的胡占义、孟晓桥，他们在基于平面靶标标定的张正友算法上提出了一种新了圆环点的标定方法。该方法需要相机在不同方位拍摄含有若干条直径的圆环的模板，再根据数学的线性方法求解相机的内部参数。又如吴福朝等人提出了另一种自标定方法，即通过空间平面上两个非平行矩形求取圆环点。
1.3 相机标定方法
在过去的几十年里，不管是机器视觉测量还是摄影测量，在测量领域相机标定方法得到了不断的延伸。研究者们针对零维、一维、二维、三维等标定物，不断提出了新的标定方法，并取得了成果。目前，这些研究方法都比较成熟，现在的主要工作任务是如
何用更实用、更简便、更准确快捷的标定方法来实现具体的实际应用问题。
1.3.1相机标定方法分类
根据不同的情况而言，标定方法可以分为：
（1）根据标定过程中是否需要标定物，可分为传统标定方法和创新标定方法。传统标定方法需要标定物，标定物是有形状和尺寸的物体，可以分为一维标定物、二维标定物和三维标定物等。然后再利用相机拍摄，通过图像采集后，经过线性模型或非线性模型来求解出相机的内部参数和外部参数。根据参数计算方法的不同，还可以进一步分为：最优化算法的方法、考虑畸变补偿的两步法、利用透视变换矩阵的方法。自标定则不需要标定物，利用相机运动，在运动过程中所采集的相机视场中的环境的图像信息间的对应关系而求出相机的内部参数和外部参数。可进一步分为：基于多幅图像间直线对应关系法、基于主动视觉法、基于自动视觉法（可分为基于旋转运动、基于平移运动的方法）等。该类方法优点是灵活，缺点是未知参数较多，并且技术还未成熟，很难达到稳定的结果。一般来说，在对相机参数变化不大、标定精度要求高的场合，首选传统标定方法；而应用于相机前难放标定参照物、精度要求不高的场合，一般选创新标定方法，如虚拟现实等。
（2）按采用的相机模型来分，可分为线性算法和非线性算法。 线性算法就是用理想的针孔模型，并用线性方程来求解相机参数。由于没有考虑镜头畸变问题，所以精度达不到要求。目前虽取得了很多很好的成绩，但是许多研究者还在不断努力研究中。非线性算法采用了非线性畸变模型，该算法考虑了非线性畸变参数。在线性算法的基础上，再用非线性优化算法去优化初始参数值。这种方法优点是提高了标定的精度，缺点是算法较为复杂，速度比较慢。不但对初值的选择与预值的精确度要求较高，而且对噪声的强度也比较敏感。有时非线性搜索优化算法不一定达到预期的效果，它不一定能使得相机的各个参数值收敛到全局最优解。
1）从求解参数结果来看，分为隐式标定方法和显式标定方法。隐式标定方法能直接把标定参数实现相互之间转换，通过把二维图像点与三维空间点直接转换。典型的有DLT法。隐式标定方法直接不考虑中间成像的具体过程，而是用一个简单的矩阵形式来表示二维图像点与三维空间点之间的关系。该方法的优点是简单，计算不复杂，只求解算法中的线性方程参数，从而获得较高效率，实用性强。缺点是标定精度不高，很难满足高精度要求的场合。显示标定方法考虑了具体成像过程，并对相机成像几何模型做了精密的设计。更多的考虑了二维图像点与三维空间点转换，使得各个参数都具有各自的物理意义，最后求解未知参数。其中包括有效焦距偏差、图像中心偏差、水平比例因子、镜头畸变参数等。该方法把相机成像过程中的各种因素都基本上考虑进去了，从而标定精度得到了有效的提高。
航天线阵立体相机参数在轨渐进标定方法
航天返回与遥感 第44卷 第1期
112 SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING 2023年2月
收稿日期：2022-01-26 引用格式：王建荣, 卢学良, 杨秀策, 等. 航天线阵立体相机参数在轨渐进标定方法[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(1): 112-116. WANG Jianrong, LU Xueliang, YANG Xiuce, et al. The On-orbit Progressive Calibration Method for Aerospace
Linear-array Stereo Camera Parameters[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(1): 112-116. (in Chinese) 航天线阵立体相机参数在轨渐进标定方法
王建荣1,2 卢学良1,2 杨秀策1,2 吕源1,2 （1 地理信息工程国家重点实验室，西安 710054） （2 西安测绘研究所，西安 710054）
摘 要 空中三角测量是实现相机参数在轨标定有效途径，将变化了的立体相机进行整体重组，提
高无控定位精度。在整体参数解算时，由于影像的宽高比（影像宽度与轨道高的比值）太小，导致主距
的改正数得不到正确值，影响相机参数在轨标定结果。文章在基于线阵–面阵混合配置的CCD影像光束
法平差基础上，提出相机参数渐进标定的方法，并利用“天绘一号”03星数据进行试验验证。试验结果
表明，该方法能有效削弱宽高比太小对标定结果的影响，减小系统误差，提高卫星影像无控定位精度。 关键词 卫星摄影测量 空中三角测量 无控定位 在轨标定 航天遥感 中图分类号: P237 文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)01-0112-05 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.01.012
一种基于立方体的摄像机内参数标定方法
总第１５卷１６９期 ２０１３年９月 大众科技 Ｐｏｐｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０Ｉ．１５ Ｎ０．９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１ ３ 一种基于立方体的摄像机内参数标定方法 壬爱菊 禹旺勋 （１．云南师范大学商学院会计学院，昆明６５０１０６； ２．昆明理工大学津桥学院，昆明６５０１０６） 【摘要】摄像机标定方法是计算机视觉的重要内容之一。提出了一种基于立方体的标定方法。该方法的模型为立方体， 从３个或多个不同的方位摄取图像，由直径的正交关系获得３组正交灭点，从而线性的求出摄像机的５个内参数。模拟图像和 真实图像实验表明，文章的自标定方法有较好的灵活性和较高的鲁棒性。 【关键词】摄像机标定；内参数；灭点；正交 【中图分类号】ＴＰ３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８．１１５１（２０１３）０９．００３０．０２ Ｂａｓｅｄ ｃａｍｅｒａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｃｕｂｅ ｍｅｔｈｏｄ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｍｅｒａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｖｉｓｉｏｎ．Ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｕｂｅ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａ ｃｕｂｅ，ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｚｉｍｕｔｈ ｉｍａｇｅ ｐｉｃｋｕｐ，ｂｙ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ３ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｓｅｔ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｖａｎｉｓｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｔｈｕｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ５ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌ ｉｍａｇｅｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ，ｔｈｅ ｔｅｘｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂｅｔｔｅｒ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｍｅｒａ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｖａｎｉｓｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ １ 引言 摄像机标定是从二维图像信息获取三维空间信息必不可 少的步骤。通过摄像机标定如何获得更可靠的摄像机几何模 型成为计算机视觉领域研究的热点。目前的标定方法很多， 经典的算法包括：Ｔｓａｉ提出的ＤＬＴ标定法：Ｈｅｉｋｋｉｌａ提出 的ＲＡＣ标定法；张正友提出的基于平面标定法。文献［ｉ－３］提 出了多种线性标定方法，但是需要拍摄的图片数量多，且需 要移动摄像机或靶标，对实验的要求较高。文献［４］提出了一 种基于平面镜的摄像机标定方法，需要移动摄像机或平面镜。 文献［５］采用主动发光的光点阵列标定靶，利用２Ｄ标定靶的精 确移动来实现基于３Ｄ立体靶标的摄像机标定，它对实验的要 求较高。文献［６］提出了利用灭点属性求解摄像机内外方位角 的方法，对实验的测量精度较高。本文提出了一种基于立方 体的线性摄像机自标定方法。该方法不需要知道模板的尺寸 和摄像机的运动，仅仅是从３个或多个不同的方位摄取图像， 利用灭点理论就可以线性地解出摄像机的内参数。 ２摄像机模型 本文使用的摄像机模型为经典针孔模型。设Ｐ为任意空 间点，空间点齐次坐标和图像点齐次坐标分别为 Ｍ：（ ， ， ，１）ｒ和 ＝（ ，ｖ，１） 。通过透视投影几何关系Ｍ与 ｍ之间的关系如下： ２ｍ：Ｋ［Ｒ Ｔ］Ｍ （１） 其中， 为比例因子； ｌ Ｉ为摄像机内参数矩 Ｋ ｌ０ Ｖ０ Ｉ １ ０ ０ １ Ｉ 阵； 和 分别为世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵和 平移向量。 ３摄像机内部参数求解 采用一个立方体标定摄像机的内参数矩阵。立体模型如 图１所示。设Ｐｌ，Ｐ２，Ｐ３分别为直线ＡＢ． ’．ＡＤ的灭点。坐标记 为Ｕｐ１ ），（ ， ２），（“，３， ３）。先用最小二乘法拟合直线 ＡＢ的灭点ｐｌ，再由平行于ＡＢ的直线交点拟合得到。同理，也 能求出直线 ’．ＡＤ的灭点坐标。 【收稿日期】２０１３—０８—１３ 【基金项目】一类非线性扩散系统的变分方法研究（２０１１Ｙ００４ ｏ 【作者简介】王爱菊（１９８４一），女，河南泌阳人，云南师范大学商学院会计学院讲师，硕士，从事机器视觉方向研究。 ．
基于虚拟标定场的数码相机内参数标定方法
第18卷增刊2 系 统 仿 真 学 报© Vol. 18 Suppl.2 2006年8月 Journal of System Simulation Aug., 2006
·424·基于虚拟标定场的数码相机内参数标定方法 吴少平，张爱武，臧 克 （首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100037） 摘 要：建筑物表面纹理数据获取与真实纹理映射一直是数字城市亟待解决的难点问题，也是真实感图形学研究的重点内容。结合相机成像理论，提出一种基于虚拟标定场的数码相机标定方法，通过一组图像构建虚拟标定场，解算数码相机内部参数，快速自动纠正图像畸变，为实现真实纹理映射奠定基础。并对该方法获得的标定参数进行了实验，证明满足纹理映射的要求。 关键词：三维模型；三维可视化；相机标定；畸变 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2006) S2-0424-03 New Camera Calibration Method Based on Virtual Calibration Field WU Shao-ping, ZHANG Ai-wu, ZANG Ke (Ministry of Education Key Laboratory on 3D Information Acquisition & Application, Capital Normal University, Beijing 100037, China) Abstract: In order to acquire high quality texture mapping data, which is an important challenge for constructing Cyber-City, using camera imaging theories, a new camera calibration method was proposed. A virtual calibration field was built through a serial of images, and then the interior parameters and distortion coefficients of camera were fast calculated from the serial of images. For all the work is done in or by the scanner coordinate system, the total-station is not needed. Experiments show the method is robust. Key words: 3D model; 3D visualization; camera calibration; distortion 引 言 近年来三维激光扫描技术有了很大发展，已经成为一种快速、准确获取地物三维信息的手段，采用数码相机作为纹理数据获取的主要手段，完全可以配合三维激光扫描仪使用，在获得激光点云数据的同时获得地物表面纹理数据，为地形，地物三维建模和虚拟场景的建立提供基础数据源。本文采用三维激光扫描仪结合数码相机的模式进行了一系列工程试验。 数码相机拍摄图像的过程实际上仍是一个光学成像过程，其本质就是要把存在于自然环境下(世界坐标系)物体的坐标转化为以相机的成像中心为坐标原点的坐标系下。数码相内参数的标定主要是确定数码相机内固有参数、光学参数(内部参数)，以及畸变系数。 由于光学镜头的制作工艺因素制约，会在成像时引入畸变，使图像呈现扭曲变形，使图像作为纹理进行映射时无法对应到正确的位置。尤其是广角，超广角镜头，畸变差更大，不能被忽略。因此，必须进行数码相机标定，从而确定数码相机内参数和畸变系数，自动纠正图像畸变。此举对于建立大范围三维数字城市模型尤有意义。 收稿日期：2006-04-14 修回日期：2006-06-09 项目来源：国家科技部十五科技攻关项目(2004BA810B); 北京市属市管高等学校“学术创新团队计划”项目、北京市教委科技发展计划项目(KM200610028012)。 作者简介：吴少平(1978-), 男, 天津人, 硕士生, 研究方向为三维信息获取与三维可视化; 张爱武(1972-), 女, 教授,
相机内外参标定
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相机内外参标定
相机内外参标定是计算机视觉和机器人学等领域中的一个重要问题，其主要目的是确定相机在空间中的位置和方向，以便进行精确的三维重构、位姿估计、目标跟踪等任务。相机内参是指相机自身的内部参数，如焦距、主点位置、畸变参数等，而相机外参则是指相机在空间中的位置和方向，通常用欧拉角或四元数表示。
下面介绍一些常用的相机内外参标定方法：
1. Zhang标定法
Zhang标定法是最常见的相机标定方法之一。它通过多张棋盘格图像来计算相机内参和外参，具体步骤如下：
（1）拍摄多张棋盘格图像，保证棋盘格位于不同的位置和角度；
（2）提取棋盘格角点，根据角点坐标和真实世界坐标系的对应关系，计算相机内参；
（3）利用相机内参和角点坐标的对应关系，计算相机外参。
2
2. DLT算法
DLT算法（Direct Linear Transformation）也是常用的相机标定方法之一。DLT算法通过利用一些已知的空间点和它们在图像中的对应点，计算出相机内参和外参。具体步骤如下：
（1）选取一些已知的空间点，记录它们在图像中的对应点坐标；
（2）利用这些已知的空间点和对应点坐标，计算出相机的投影矩阵；
（3）将投影矩阵分解为相机内参和外参。
3. 光束法平差
光束法平差是一种基于最小二乘法的相机标定方法。它利用多张图像中的共同点，通过最小化误差平方和来计算相机内参和外参。具体步骤如下：
（1）对每张图像中的共同点，计算出它们在世界坐标系中的真实位置；
（2）对每张图像中的共同点，计算出它们在相机坐标系中的投
3
影位置；
（3）通过最小化投影位置与真实位置之间的误差平方和，计算出相机内参和外参。
以上是常用的相机内外参标定方法，其中Zhang标定法和DLT算法比较简单易实现，适用于多种不同类型的相机，而光束法平差则更加精确和稳定，适用于高精度、高要求的任务。
离轴三反测绘相机调焦机构的设计
离轴三反测绘相机调焦机构的设计
邵明东;郭疆;孙继明
【摘 要】针对测绘相机对相机成像质量和内方位元素稳定性的要求,在分析3种调焦方式特点的基础上,确定了符合离轴三反测绘相机需要的调焦方式。设计了滚珠丝杠驱动的直线导轨式调焦机构,计算得到调焦机构的灵敏度为0.2μm。对该调焦机构进行了精度检测和试验验证,结果显示其指向精度〈2″,定位精度〈3μm。得到的结果表明：该空间调焦机构具有结构紧凑、刚度高、位移精度好等特点,能够满足离轴三反测绘相机的调焦要求。%Based on the requirements of mapping
cameras for imaging quality and the stability of inner orientation
elements,the characteristics of three focusing strategies are analyzed in
detail,and the strategy which is most suitable for the mapping cameras is
confirmed.A ball screw driving linear-guide-type focusing mechanism is
designed,and its focusing sensitivity is calculated to be 0.2 μm.Precision
testing and test validation are performed,which shows that the pointing
accuracy of the focusing mechanism is superior to 2″ and the positioning
accuracy of the focusing mechanism is better than 3 μm.Test results
空间光学相机调偏流机构设计
第３９卷第６期
２０１２年６月 光电工程
Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｂ１．３９．Ｎ０．６
Ｊｕｎｅ，２０１２
文章编号：１００３—５０１Ｘ（２０１２）０６—００２２—０７
空间光学相机调偏流机构设计
鲍 赫，杨利伟，姜肖楠，董得义，张银鹤，李志来
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１３００３３）
摘要：为了减小偏流角对空间光学相机成像质量的影响，分析了偏流角对空间光学相机成像质量的影响，对偏流
角产生的原因及其像移补偿原理进行了研究。根据某空间光学相机的特点，采用在相机上设计调偏流机构的方法
进行偏流角的补偿。通过几种常用的调偏流机构的比较，确定了采用双向丝杆螺母驱动的调偏流方案实现焦平面
偏流角的调整。对调偏流机构进行了有限元分析，分析结果表明调偏流机构具有较高的刚度和动态强度。对调偏
流机构进行了振动试验，并在试验前后进行调偏流机构精度的闭环检测，检测结果表明调偏流机构精度优于１ ，
调偏流机构偏流角调整范围为＋５ｏ—．５。，满足设计要求，实现了高精度的偏流角补偿。该调偏流机构具有强度高、
刚度高、结构紧凑、稳定性好等优点。
关键词：空间光学相机；像移补偿；调偏流机构；有限元分析
中图分类号：ＴＨ７０２；ＴＨ７４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—５０１Ｘ．２０１２．０６．００４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｒａｆｔ Ａｄｊｉｕｓｔｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｍｅｒａ
ＢＡＯ Ｈｅ，ＹＡＮＧ Ｌｉ—ｗｅｉ，ＪＩＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｎａｎ，ＤＯＮＧ Ｄｅ－ｙｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎ－ｈｅ，ＬＩ Ｚｈｉ—ｌａｉ
（Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐ ｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，
Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ）
可见光光电成像系统整机综合参数校准技术研究
可见光光电成像系统整机综合参数校准技术研究
杨红;康登魁;姜昌录;王雷;郭羽;马世帮
【摘 要】In order to evaluate the integrated properties of visible
photoelectric imaging system exactly and objectively ,the calibration
equipment was developed .The equipment was com‐posed of integrating
sphere ,standard card ,off‐axis reflective collimator ,mechanical adjust‐ment bench ,video acquisition module and comprehensive software .It
could complete a meas‐urement of resolution ,contrast ,optical transfer
function(MTF) ,noise power spectrum ,noise equivalent light and
sensitivity .For a certain visible photoelectric imaging product ,the effec‐tiveness of the equipment was proved .The comprehensive parameter
measurements are given :the cut‐off frequency is 39 .4 mm-1 , the contrast
is 76 .5% ,the root‐mean‐square (RMS ) noise is 2 .14 mV ,the noise
equivalent light (NEL ) is 0 .045 5 cd/m2 and the sensitivity is 47
红外摄像机组的一维标定物设计和标定
红外摄像机组的一维标定物设计和标定
李斌;谭光华;高春鸣
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2013(33)5
【摘 要】In order to match coordinates between space and infrared image
without color and texture in the calibration process, a design criterion for
one-dimensional objects was presented. When one-dimensional objects
met a given ratio of those objects, the corresponding coordinates could be
acquired by the pixels' distance. The design reliability was theoretically
proved. The experiment shows that one-dimensional objects satisfying the
design criterion are easy to operate and convenient to match, so infrared
camera calibration can obtain very high accuracy.%在标定过程中针对红外摄像机组缺乏颜色和纹理信息而无法完成标定点空间和图像坐标匹配,提出一维标定物设计准则.当一维标定物的标记点相互距离满足给定比例关系,通过标记点的像素距离作为判断条件,对标定的标记点空间和图像位置进行匹配.理论上证明了设计准则的可靠性.实验表明:满足设计准则的一维标定物操作简单、匹配方便,标定后红外摄像机组参数精度高.
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