《图像传感综合实验》2016

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图像传感技术综合实验
北京航空航天大学仪器光电学院
2016.05
实验设计主要任务及要求
任务 1：
围绕实验内容，查阅相关文献，对摄像机、双目立体视觉和结构光视觉的标定相关现状 进行文献综述； 在 Matlab camera calibration toolbox 基础上， 对较为经典的摄像机标定、 双目立体视觉标定、结构光视觉标定方法进行比较分析，任选择其中之一进行标定实际实验 （包括采集标定图像、进行标定精度评价等） 。
实验仪器：结构光视觉传感器、视觉传感器控制器、光源、图像采集卡、视频信号中继器、直流电源 结构光视觉传感器：集成了激光发射器和 CCD 相机。 视觉传感器控制器：保护并为结构光视觉传感器和光源提供稳定直流电。 光源：LED 光源，为实验提供稳定照明。 图像采集卡：品牌：MATROX 型号：Meteor 2/4，接口：PCI。可以采集标准的模拟彩色/黑白视频信 号，可实现实时采集到主系统或将采集到的图像传输到系统进行处理或到显存（VGA）以进行活动视频窗 口进行显示。将图像采集卡直接插入电脑卡槽即可。 视频信号中继器：视频信号中继器是和视频信号转换工作有关的一套设备的总称，其中包括了视频接 收盒、串口电平转换器、各种连接线等等。 主连接线为灰色 8 芯线，一段是 LEMO 头，另一端需要用户连接各项对应功能，线上已注明线号，其 中包括： 1 根 24V 电源线——接 24V 直流电源 1 根公共地线——连接公共地 3 根 485 通讯线 485+ ——连接串口电平转换 485 一端差分线正 485- ——连接串口电平转换 485 一端差分线正 485 地 ——连接串口电平转换 485 一端差分参考地 3 根视频差分信号线（Video+，Video-，VGND）——与视频接收盒相连 视频接收盒需要直流 24V 供电，2 线接线端子即为电源输入，左侧端子为地，右侧端子为 24V。视频 接收盒可以同时接收 6 路视频信号，面向绿色端子从左向开始每三个差分输入端子（从左往右依次为视频 信号地， 视频信号正， 视频信号负） 顺序对应一个复合视频输出。 输出视频可以连接图像采集卡进行采集。 串口电平转换器，RS232 一端直接插到电脑主板串口即可。 主线缆连接控制盒侧端接口（控制盒上两个对着的接口之一） ，通过这个通讯控制接口可以串联多个 控制盒，控制盒上正端接口连接固定传感器上的 10 芯接口，固定传感器 4 芯接口通过黑色 4 芯线缆连接 灯箱上任意一 4 芯接口。 直流电源：提供 24V 直流电。
图像传感技术综合实验
研究生专业实验指导书
周富强
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 2016 年 5 月
图像传感技术综合实验
北京航空航天大学仪器光电学院
2016.05
实验规则及注意事项
为了确保实验的顺利进行，保障人身安全，避免设备损坏，并且达到实验目的，要求实 验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项， 在指导教师的指导下有秩序、 按步骤的进行。 ① 在实验之前，实验人员必须阅读本实验指导手册中所要求的实验准备内容，并阅读相 应的参考资料。明确实验目的，了解实验内容、步骤和实验指导手册中所提出的问题后，方 可进行实验； ② 实验过程中，必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则 有可能损坏实验仪，造成严重后果； ③ 要爱护实验仪器、示波器和计算机等Leabharlann Baidu验设备，不许动用与本实验无关的仪器设备； ④ 所有与本实验仪相关的线缆应在断电情况下连接， 严禁在带电状态下插拔这些电缆线； ⑤ 实验时应集中精力， 认真实验； 遇到问题， 应及时找指导教师解决， 不允许自作主张， 盲目处理；
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图像传感技术综合实验
北京航空航天大学仪器光电学院
2016.05
目录
实验设计主要任务及要求 ....................................................................................................................................... 3 实验设备介绍 ........................................................................................................................................................... 4 第 I 部分 摄像机标定实验 .................................................................................................................................... 5
任务 2：
在完成标定实验的基础上，能够利用标定后的摄像机或传感器（双目或结构光） ，完成一 项应用实验，实验内容及方法，自行设计。可参照 matlab 的 computer vision system toolbox 中的一些应用案例。
任务 3：
围绕任务 1 和 2，完成实验设计报告，设计报告以论文形式提交，要求对标定原理进行 归纳总结， 设计可能的相关应用， 给出设计方案， 对实验数据进行分析总结。 实验报告要求： 正文为 5 号字体，单倍行距，页边距各为 20mm。提交电子版文件，只提交一个压缩文件， 命名：2015_SY_Name_SN.Zip，name 为姓名拼音，SN 为学号。
1.1 摄像机成像过程及参数模型 ..................................................................................................................... 5 1.1.1 线性针孔成像模型 ......................................................................................................................... 5 1.1.2 镜头畸变模型 ................................................................................................................................. 6 1.2 摄像机标定过程以及评定方法 ................................................................................................................. 9 1.2.1 摄像机标定过程 ............................................................................................................................. 9 1.2.2 摄像机标定结果精度评价 ........................................................................................................... 10 1.3 畸变校正原理及方法................................................................................................................................11 1.3.1 空间变换 ........................................................................................................................................11 1.3.2 灰度插值 ....................................................................................................................................... 12 1.4 MATLAB 摄像机标定工具箱使用手册 ................................................................................................... 13 1.4.1 标定参数介绍 ............................................................................................................................... 13 1.4.2 摄像机参数标定示例 ................................................................................................................... 16 1.5 摄像机标定实验....................................................................................................................................... 25 第 II 部分 结构光视觉系统标定实验 ................................................................................................................. 27
2.1 线结构光视觉测量模型........................................................................................................................... 27 2.2 线结构光视觉标定 .................................................................................................................................. 28 2.3 线结构光视觉系统标定实验 .................................................................................................................. 28
报告提交方式：
1） 、 《图像传感技术综合实验》教学网站： http://course.buaa.edu.cn/opencourse/course/show?id=3479 2） 、电子邮件：zfq@buaa.edu.cn
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图像传感技术综合实验
北京航空航天大学仪器光电学院
2016.05
实验设备介绍
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图像传感技术综合实验
北京航空航天大学仪器光电学院
2016.05
第 I 部分 摄像机标定实验
1.1 摄像机成像过程及参数模型
摄像机成像模型以针孔透视投影模型为基础，采用考虑透镜畸变的摄像机成像畸变模型。摄像机成像 过程中，一个空间点从世界坐标变换到计算机图像坐标要经过一系列线性和非线性变化，基本过程如图 1 所示。