陜西維視圖像數(shù)字技術(shù)有限公司
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閱讀：2916發(fā)布時(shí)間：2011-11-3
攝像機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)獲取圖像的關(guān)鍵部件，攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)、掃描儀等又被統(tǒng)稱為圖像傳感器，其將被處理目標(biāo)物體的光形象轉(zhuǎn)換為視頻電信號(hào)，再將此信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換并送到處理器后就可以處理、分析、識(shí)別該目標(biāo)物體了。
攝像機(jī)攝入的圖像中的每一點(diǎn)的亮度反映了空間物體表面某點(diǎn)反射光的強(qiáng)度，而該點(diǎn)在圖像上的位置于空間物體表面相應(yīng)點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，這些位置的相互關(guān)系，由攝像機(jī)成像幾何模型所決定，該幾何模型的參數(shù)稱為攝像機(jī)參數(shù)。這些參數(shù)必須由試驗(yàn)和計(jì)算決定，試驗(yàn)和計(jì)算的過(guò)程稱為攝像機(jī)標(biāo)定。
攝像機(jī)的標(biāo)定過(guò)程就是確定攝像機(jī)的幾何和光學(xué)參數(shù)，以及攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的方位。由于標(biāo)定精度的大小，直接影響著機(jī)器視覺的精度。因此，只有做好了攝像機(jī)標(biāo)定工作，后續(xù)工作才能正常展開，可以說(shuō)，提高標(biāo)定精度也是當(dāng)前科研工作的重要方面之一。
攝像機(jī)模型是光學(xué)成像幾何關(guān)系的簡(jiǎn)化，zui簡(jiǎn)單的模型是線性模型，或稱針孔模型（pin－h(huán)ole model）。當(dāng)計(jì)算精度要求較高，尤其是當(dāng)攝像機(jī)的鏡頭是廣角鏡頭時(shí)，線性模型不能準(zhǔn)確的描述攝像機(jī)的成像幾何關(guān)系，所以要用非線性模型。
攝像機(jī)標(biāo)定還與機(jī)器視覺系統(tǒng)的任務(wù)有關(guān)，在立體視覺中，一般需要使用兩個(gè)或更多的攝像機(jī)，所以，還需要知道各個(gè)攝像機(jī)之間的幾何關(guān)系。另外還有hand－eye calibration等。
一般的攝像機(jī)標(biāo)定方法都需要在攝像機(jī)前放一個(gè)已知形狀與尺寸的物體，稱為標(biāo)定物或標(biāo)定參照物（reference object）。由于，在某些視覺系統(tǒng)中（如機(jī)器人視覺系統(tǒng)，主動(dòng)視覺系統(tǒng)等），需要經(jīng)常改變攝像機(jī)的位置或調(diào)整攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)（如光圈與焦距），因此，在每次調(diào)整后，都需要做攝像機(jī)標(biāo)定。在這種情況下，在攝像機(jī)工作環(huán)境中放一個(gè)標(biāo)定塊常常是不現(xiàn)實(shí)的，而攝像機(jī)自標(biāo)定是指不需要使用標(biāo)定物的定標(biāo)方法。
中國(guó)機(jī)器視覺商城供應(yīng)1394攝像機(jī)、USB攝像機(jī)、Gige千兆網(wǎng)攝像機(jī)、百兆網(wǎng)攝像機(jī)、LVDS攝像機(jī)、CameraLink攝像機(jī)等各種接口的工業(yè)攝像機(jī)。
攝像機(jī)自標(biāo)定相對(duì)于傳統(tǒng)方法有更好的靈活性和實(shí)用性，通過(guò)多年的不懈努力，理論上的問(wèn)題已基本解決，目前研究的重點(diǎn)是如何提高標(biāo)定算法的魯棒性以及如何很好地用這些理論來(lái)解決實(shí)際視覺問(wèn)題。為了提高魯棒性，在實(shí)際應(yīng)用中建議更多的使用分層逐步自標(biāo)定方法，并應(yīng)對(duì)自標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行線性優(yōu)化。線性攝像機(jī)的標(biāo)定涉及到三個(gè)坐標(biāo)系：圖像坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系。
圖像坐標(biāo)系
攝像機(jī)采集的圖像以標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)的形式經(jīng)高速圖像采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并輸入計(jì)算機(jī)。每幅數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)內(nèi)為M*N數(shù)組，M行N列的圖像中的每一個(gè)元素（稱為像素，pixel）的數(shù)值即是圖像點(diǎn)的亮度（或稱灰度）。在圖像上定義直角坐標(biāo)系u,v，每個(gè)像素的坐標(biāo)（u,v）分別以該像素為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)。由于（u,v）只表示像素位于數(shù)組中的列數(shù)和行數(shù)，并沒(méi)有用物理單。
攝像機(jī)坐標(biāo)系
攝影機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)為攝像機(jī)光心，x軸與y軸與圖像的X,Y軸平行，z軸為攝像機(jī)光軸，它與圖像平面垂直。光軸與圖像平面的交點(diǎn)，即為圖像坐標(biāo)系的原點(diǎn)，構(gòu)成的直角坐標(biāo)系稱為攝像機(jī)坐標(biāo)系。
攝像機(jī)坐標(biāo)系
由于攝像機(jī)可安放在環(huán)境中的任意位置，在環(huán)境中選擇一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系來(lái)描述攝像機(jī)的位置，并用它描述環(huán)境中任何物體的位置，該坐標(biāo)系稱為世界坐標(biāo)系。攝像機(jī)坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系可以用旋轉(zhuǎn)矩陣與平移向量來(lái)描述。
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