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鱼眼相机相关知识及其标定矫正

时间:2022-12-21 13:34:10浏览次数:69  
标签:矫正 镜头 鱼眼 标定 相机 畸变 视角 模型


首先列一下参考资料:

  • ​Fisheye camera model​
  • ​​鱼眼相机标定以及OpenCV实现​​
  • ​​鱼眼相机畸变矫正的汇总链接​​
  • ​​鱼眼相机成像模型​​
  • ​​鱼眼相机矫正原理​​
  • ​​鱼眼相机畸变矫正的总结​​
  • ​​鱼眼镜头的选型​​
  • ​Fisheye Calibration Basics​鱼眼镜头
    鱼眼镜头是具有超广视角的镜头。与一般的广角镜头、超广角镜头相比,在设计规格上,鱼眼镜头的焦距更短、视角更广。相同画幅和像素尺寸下,鱼眼镜头能容纳更多景物信息。

广角

超广角

鱼眼

焦距

24~38

13~20

<16

视角

60~84

94 ~118

120 ~225

根据鱼眼投影圆与成像面的几何关系分类


鱼眼相机

圆形相机

桶形相机

全画幅相机


鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料


圆形鱼眼图

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_02


鼓型鱼眼图

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_03


全帧鱼眼图

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_04


鱼眼镜头模型分类

r=f.sin a

r=f.a

r=2f.sina/2

r=2f.tana/2

鱼眼镜头模型

正交投影模型

等距投影模型

等角投影模型

体视投影模型


其中r是在成像平面上,对象到光轴的距离
f是镜头的焦距
a是入射光线与光轴的夹角

鱼眼镜头模型优缺点比较:

优点

缺点

正交投影模型

映射关系简单,图像中心畸变小

边缘图像失真严重,仅适用视角小于180°的场景

等距投影模型

适用于视角大于180°场景,价格亲民

等角投影模型

图像不失真

映射关系较为复杂

体视投影模型

对视角接近180°的图像压缩较小

成像面积小,畸变较大,价格昂贵

鱼眼相机畸变分类:


相机畸变

径向畸变

切向畸变

枕型畸变

桶型畸变

薄透镜畸变

离心畸变


​参考文档​

径向畸变公式:
鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_05
鱼眼相机相关知识及其标定矫正_相机标定_06

薄透镜畸变公式:
鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_07
鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_08
离心畸变公式:
鱼眼相机相关知识及其标定矫正_相机标定_09
鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_10

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_11

s为薄透镜畸变参数,p为离心畸变参数。

鱼眼相机畸变矫正

所谓的鱼眼相机,工程上视角超过140°的相机镜头,而鱼眼相机拍摄的图片因为广角更大,可以理解为全景图片。

鱼眼相机矫正就是将全景图片进行转换成一张平面图片。效果图如下:

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_12

鱼眼相机原理

之所以叫鱼眼,是因为仿生鱼眼。

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_13


当鱼眼靠近水面时。视角可以接近180°这种现象在光学原理中属于全反射和光路可逆。

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_14


人类借鉴鱼类仰视水面智商半球空域的视觉与案例

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_15

成像系统模型

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_相机标定_16


鱼眼镜头成像畸变理论

在传统光学原理中,受到高斯原理成像视角限制,能成像的空间大小极为有限。

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_相机标定_17


为了突破成像限制,鱼眼相机引入畸变。

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_18


鱼眼相机相关知识及其标定矫正_相机标定_19

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_20

标定方法:

  1. 固定内外径法
  2. 径向展开法
  3. 改良版双经度法
  4. 经纬映射法
  5. opencv法

拍摄天或者地的时候,径向展开法效果最好,opecnv方法处理结果也不错。
固定内外径法改良版双经度法、经纬映射在使用范围上有一定的限制
opencv法是我用的效果最好,使用范围最广的一种方法。

相机标定是计算相机的外部和内部参数的过程。一旦标定了相机,就可以使用图像信息从2维的图像构建出3维图像。

鱼眼相机的涉及到三个坐标系,分别是世界坐标系,相机坐标系和图像坐标系。

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_21


其中外参包括旋转矩阵R,平移矩阵T,相机坐标系的原点在光学中心,x轴和y轴定义了图像平面。

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_参考资料_22

鱼眼相机相关知识及其标定矫正_OpenCV_23


标签:矫正,镜头,鱼眼,标定,相机,畸变,视角,模型
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