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    OpenCV实现相机校正

    作者:ʚVVcatɞ 时间:2021-06-04 18:10

    本文实例为大家分享了OpenCV实现相机校正的具体代码,供大家参考,具体内容如下

    1. 相机标定

    根据张正友校正算法,利用棋盘格数据校正对车载相机进行校正,计算其内参矩阵,外参矩阵和畸变系数。

    标定的流程是:

    • 准备棋盘格数据,即用于标定的图片
    • 对每一张图片提取角点信息
    • 在棋盘上绘制提取到的角点(非必须,只是为了显示结果)
    • 利用提取的角点对相机进行标定
    • 获取相机的参数信息

    2.关于相机校正用到的几个API:

    1、寻找棋盘图中的棋盘角点

    rect, corners = cv2.findChessboardCorners(image, pattern_size, flags)

    参数:

    • Image: 输入的棋盘图,必须是8位的灰度或者彩色图像
    • Pattern_size:棋盘图中每行每列的角点个数(内角点)。
    • flags: 用来定义额外的滤波步骤以有助于寻找棋盘角点。所有的变量都可以单独或者以逻辑或的方式组合使用。取值主要有:

          CV_CALIB_CB_ADAPTIVE_THRESH :使用自适应阈值(通过平均图像亮度计算得到)将图像转换为黑白图,而不是一个固定的阈值。

            CV_CALIB_CB_NORMALIZE_IMAGE :在利用固定阈值或者自适应的阈值进行二值化之前,先使用cvNormalizeHist来均衡化图像亮度。

            CV_CALIB_CB_FILTER_QUADS :使用其他的准则(如轮廓面积,周长,方形形状)来去除在轮廓检测阶段检测到的错误方块。

    返回:

    • Corners:检测到的角点
    • rect: 输出是否找到角点,找到角点返回1,否则返回0

    2、检测完角点之后可以将测到的角点绘制在图像上,使用的API是:

    cv2.drawChessboardCorners(img, pattern_size, corners, rect)

    参数:

    • Img: 预绘制检测角点的图像
    • pattern_size : 预绘制的角点的形状
    • corners: 角点矩阵
    • rect: 表示是否所有的棋盘角点被找到,可以设置为findChessboardCorners的返回值

    注意:如果发现了所有的角点,那么角点将用不同颜色绘制(每行使用单独的颜色绘制),并且把角点以一定顺序用线连接起来。

    3利用定标的结果计算内外参数

    ret, mtx, dist, rvecs, tvecs = cv2.calibrateCamera(object_points, image_points, image_size, None, None)

    参数:

    • Object_points:世界坐标系中的点,在使用棋盘的场合,令z的坐标值为0,而x,y坐标用里面来度量,选用英寸单位,那么所有参数计算的结果也是用英寸表示。最简单的方式是定义棋盘的每一个方块为一个单位。
    • image_points:在图像中寻找到的角点的坐标,包含object_points所提供的所有点
    • image_size: 图像的大小,以像素为衡量单位

    返回:

    • ret: 返回值
    • mtx: 相机的内参矩阵,大小为3*3的矩阵
    • dist: 畸变系数,为5*1大小的矢量
    • rvecs: 旋转变量
    • tvecs: 平移变量

    2.1 图像去畸变

    上一步中得到相机的内参及畸变系数,利用其进行图像的去畸变,最直接的方法就是调用opencv中的函数得到去畸变的图像:

    def img_undistort(img, mtx, dist):
        dst = cv2.undistort(img, mtx, dist, None, mtx)
        return dst

    求畸变的API:

    dst = cv2.undistort(img, mtx, dist, None, mtx)

    参数:

    • Img: 要进行校正的图像
    • mtx: 相机的内参
    • dist: 相机的畸变系数

    返回:

    • dst: 图像校正后的结果

    3. 相机校正

    import cv2
    import numpy as np
    import matplotlib.pyplot as plt
    import matplotlib.image as mpimg
    import glob
    
    def plot_contrast_imgs(origin_img, converted_img, origin_img_title="origin_img", converted_img_title="converted_img", converted_img_gray=False):
        """
        用于对比显示两幅图像
        """
        fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(15, 20))
        ax1.set_title(origin_img_title)
        ax1.imshow(origin_img)
        ax2.set_title(converted_img_title)
        if converted_img_gray==True:
            ax2.imshow(converted_img, cmap="gray")
        else:
            ax2.imshow(converted_img)
        plt.show()
    
    # 1. 参数设定:定义棋盘横向和纵向的角点个数并指定校正图像的位置
    nx = 9
    ny = 6
    file_paths = glob.glob("./camera_cal/calibration*.jpg")
    # 2. 计算相机的内外参数及畸变系数
    def cal_calibrate_params(file_paths):
        object_points = []  # 三维空间中的点:3D
        image_points = []   # 图像空间中的点:2d
        # 2.1 生成真实的交点坐标:类似(0,0,0), (1,0,0), (2,0,0) ....,(6,5,0)的三维点
        objp = np.zeros((nx * ny, 3), np.float32)
        objp[:, :2] = np.mgrid[0:nx, 0:ny].T.reshape(-1, 2)
        # 2.2 检测每幅图像角点坐标
        for file_path in file_paths:
            img = cv2.imread(file_path)
            # 将图像转换为灰度图
            gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
            # 自动检测棋盘格内4个棋盘格的角点(2白2黑的交点)
            rect, corners = cv2.findChessboardCorners(gray, (nx, ny), None)
            # 若检测到角点,则将其存储到object_points和image_points
            if rect == True:
                object_points.append(objp)
                image_points.append(corners)
        # 2.3 获取相机参数
        ret, mtx, dist, rvecs, tvecs = cv2.calibrateCamera(object_points, image_points, gray.shape[::-1], None, None)
        return ret, mtx, dist, rvecs, tvecs
    
    
    def img_undistort(img, mtx, dist):
        """
        图像去畸变
        """
        return cv2.undistort(img, mtx, dist, None, mtx)
    
    # 测试去畸变函数的效果
    file_paths = glob.glob("./camera_cal/calibration*.jpg")
    ret, mtx, dist, rvecs, tvecs = cal_calibrate_params(file_paths)
    if mtx.any() != None:  # a.any() or a.all()
        img = mpimg.imread("./camera_cal/calibration1.jpg")
        undistort_img = img_undistort(img, mtx, dist)
        plot_contrast_imgs(img, undistort_img)
        print("done!")
    else:
        print("failed")

    执行代码:

    js
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