侵刪

1 halcon相機(jī)標(biāo)定和圖像矯正

對(duì)于相機(jī)采集的圖片，會(huì)由于相機(jī)本身和透鏡的影響產(chǎn)生形變，通常需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取相機(jī)的內(nèi)參或內(nèi)外參，然后矯正其畸變。相機(jī)畸變主要分為徑向畸變和切向畸變，其中徑向畸變是由透鏡造成的，切向畸變是由成像儀與相機(jī)透鏡的不平行造成的。

針孔模型是理想透鏡的成像模型，但是實(shí)際中相機(jī)的透鏡不可能是理想的模型，透鏡形狀的非理想特征造成像點(diǎn)會(huì)沿徑向發(fā)生畸變。一個(gè)像點(diǎn)沿徑向內(nèi)縮叫負(fù)畸變，或桶形畸變沿徑向外延叫正畸變，或枕形畸變。這種崎變相對(duì)于光軸嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的，也是畸變的主要分量。

圖1徑向畸變 ??????????????????????????圖2切向畸變

相機(jī)標(biāo)定模型公式，

?

? ? ? ? ? ? ? ? ? Or ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (1-1)

其中，(X,Y,Z)為世界坐標(biāo)系中的實(shí)際點(diǎn)坐標(biāo)，(u,v)為圖像坐標(biāo)系統(tǒng)的像素坐標(biāo)，A為相機(jī)內(nèi)參，f像素單元的焦距，c圖像像素中心點(diǎn)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? (1-2)

?

圖3相機(jī)成像模型

1.1?halcon相機(jī)標(biāo)定

1.1.1標(biāo)定助手及相機(jī)參數(shù)設(shè)置

打開(kāi)halcon標(biāo)定助手，加載標(biāo)定板文件，選擇相機(jī)類(lèi)型，設(shè)置相機(jī)參數(shù)，然后加載相機(jī)采集的標(biāo)定圖像，如下圖所示，圖像中全部標(biāo)定點(diǎn)能夠檢測(cè)出，即采集的相機(jī)已經(jīng)設(shè)置好，然后生成代碼。

?

圖4 halcon標(biāo)定助手

標(biāo)定板生成：

標(biāo)定板文件的生成分為.descr和.cpd的文件，不同格式文件需使用不同函數(shù)進(jìn)行生成。如，

*生成的是27*31，標(biāo)定點(diǎn)直徑0.0075mm的.cpd標(biāo)定板（精度高標(biāo)定板）

create_caltab (27, 31, 0.0075, [13, 6, 6, 20, 20], [15, 6, 24, 6, 24], 'light_on_dark', 'D:/calplate.cpd', 'caltab.ps')

*生成的是7*7，標(biāo)定點(diǎn)之間距離0.1m，直徑0.5的.descr標(biāo)定板

gen_caltab( 7, 7, 0.1, 0.5, 'D:/caltab.descr', 'caltab.ps')

加載標(biāo)定圖像：

?

圖5加載標(biāo)定圖像

如圖5所示，加載標(biāo)定圖像后，狀態(tài)為確定時(shí)，表示標(biāo)定圖像可用于進(jìn)行標(biāo)定，然后通過(guò)標(biāo)定助手直接生成標(biāo)定代碼即可。

? ? 如圖6所示，加載標(biāo)定圖像后，狀態(tài)為檢測(cè)出品質(zhì)問(wèn)題，此原因大多是照片質(zhì)量問(wèn)題，例如光照、對(duì)焦、曝光等，需按照halcon標(biāo)定注意事項(xiàng)的內(nèi)容拍攝照片。一般照片檢測(cè)出品質(zhì)問(wèn)題也可以進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。

加載標(biāo)定板圖像會(huì)出現(xiàn)“標(biāo)志點(diǎn)提取失敗”，出現(xiàn)此原因的需要根據(jù)標(biāo)定界面下的狀態(tài)欄查找halcon錯(cuò)誤信息，例”inconsistent....(image mirrored? )”，則需要查找相應(yīng)原因(實(shí)際標(biāo)定板（透明）與標(biāo)定板文件圖片的可能有鏡像區(qū)別，將實(shí)際標(biāo)定板翻轉(zhuǎn)即可，多試)。此不可進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

圖6 相機(jī)標(biāo)定問(wèn)題

相機(jī)初始參數(shù)設(shè)置：

例如，

*（f, k, cell width, cell height, cx, cy, width, height）k為畸變系數(shù)

StartParameters := [0.029,0,4.3e-006,4.3e-006,2592,1728,5184,3456]

*（f, k1, k2, k3, p1, p2, cell width, cell height, cx, cy, width, height）k1,k2,k3徑向畸變， p1,p2為切向畸變

StartParameters := [0.029,0,0,0,0,0,4.3e-006,4.3e-006,2592,1728,5184,3456]

其中，相機(jī)初始參數(shù)根據(jù)相機(jī)模型的不同而不同，若相機(jī)模型為area(division)，則相機(jī)參數(shù)為7個(gè)，若area(多項(xiàng)式)，則相機(jī)參數(shù)12個(gè)。

1.1.2?標(biāo)定程序

利用標(biāo)定助手生成代碼，然后執(zhí)行結(jié)果，分析其正確性，若需要將其生成為C/C++程序，可通過(guò)halcon界面的‘文件’項(xiàng)‘導(dǎo)出’成.cpp文件。

?

圖7 halcon生成C程序

Halcon標(biāo)定程序

*Calibration 01: Code generated by Calibration 01

*讀入某個(gè)文件夾下的所有標(biāo)定圖像

list_files ('D:/halconvc/img', ['files','follow_links'], ImageFiles)

tuple_regexp_select (ImageFiles, ['\\.(tif|tiff|gif|bmp|jpg|jpeg|jp2|png|pcx|pgm

|ppm|pbm|xwd|ima|hobj)$','ignore_case'], ImageFiles)

*初始標(biāo)定參數(shù)設(shè)置及定義標(biāo)定板文件

TmpCtrl_ReferenceIndex := 0

TmpCtrl_PlateDescription := 'D:/calib/calplate.cpd'

StartParameters := [0.029,0,0,0,0,0,4.3e-006,4.3e-006,2592,1728,5184,3456]

TmpCtrl_FindCalObjParNames := 'sigma'

TmpCtrl_FindCalObjParValues := 1

?

* Calibration 01: Create calibration model for managing calibration data

create_calib_data ('calibration_object', 1, 1, CalibHandle)

set_calib_data_cam_param(CalibHandle,0,'area_scan_polynomial', StartParameters)

set_calib_data_calib_object (CalibHandle, 0, TmpCtrl_PlateDescription)

* Calibration 01: Collect mark positions and estimated poses for all plates

gen_empty_obj (Images)

for Index := 0 to |ImageFiles|-1 by 1

????read_image (Image, ImageFiles[Index])

????concat_obj(Images,Image,Images)

*提取圖像Images中標(biāo)定板上的圓形標(biāo)志來(lái)確定標(biāo)定板的有效區(qū)域

????find_calib_object (Image, CalibHandle, 0, 0, Index, TmpCtrl_FindCalObjParNames, TmpCtrl_FindCalObjParValues)

endfor

* Calibration 01: Perform the actual calibration

calibrate_cameras (CalibHandle, TmpCtrl_Errors)

get_calib_data (CalibHandle, 'camera', 0, 'params', CameraParam)

?

???*將內(nèi)外參保存到磁盤(pán)

write_cam_par(CameraParam,'D:/halconvc/campar.dat')

get_calib_data (CalibHandle, 'calib_obj_pose', [0, TmpCtrl_ReferenceIndex], 'pose', CameraPose)

set_origin_pose (CameraPose, 0, 0, 0.01, CameraPose)

write_pose(CameraPose,'D:/halconvc/campos.dat')

stop()

?

*另外讀取內(nèi)外參文件的函數(shù)

read_cam_par ('D:/halconvc/campar.dat', CameraParam)

read_pose ('D:/halconvc/campos.dat', CameraPose)

1.2圖像矯正

Halcon中圖像矯正，接上述程序，以下介紹兩種方法。

①使用內(nèi)外參，即相機(jī)內(nèi)參和位資

* ?goal: rectify images

* ?first determine parameters such that the entire image content is visible

* ?-> transform image boundary into world plane, determine smallest

* ????rectangle around it

*當(dāng)設(shè)備固定后，位資是唯一的

select_obj(images,image,1)

get_image_pointer1(Image, Pointer, Type, Width, Height)

gen_rectangle1 (ImageRect, 0, 0, Height-1, Width-1)

gen_contour_region_xld (ImageRect, ImageBorder, 'border')

contour_to_world_plane_xld(ImageBorder, ImageBorderWCS, CameraParam,

CameraPose, 1)

smallest_rectangle1_xld (ImageBorderWCS, MinY, MinX, MaxY, MaxX)

set_origin_pose(CameraPose, MinX, MinY, 0.01, PoseForEntireImage)

image_points_to_world_plane(CameraParam,PoseForEntireImage,[Height/2, Height/2, Height/2+1], [Width/2, Width/2+1, Width/2], 1, WorldPixelX, WorldPixelY)

distance_pp(WorldPixelY[0], WorldPixelX[0], WorldPixelY[1], WorldPixelX[1],

????????????WorldLength1)

distance_pp(WorldPixelY[0], WorldPixelX[0], WorldPixelY[2], WorldPixelX[2],

????????????WorldLength2)

ScaleForSimilarPixelSize := (WorldLength1+WorldLength2)/2

* ?-> determine output image size such that entire input image fits into it

ExtentX := MaxX-MinX

ExtentY := MaxY-MinY

WidthRectifiedImage := ExtentX/ScaleForSimilarPixelSize

HeightRectifiedImage := ExtentY/ScaleForSimilarPixelSize

* ?create mapping with the determined parachuangjia

*創(chuàng)建一個(gè)投射圖，其描述圖像平面與坐標(biāo)軸系統(tǒng)中平面Z為零之間的映射

gen_image_to_world_plane_map(Map, CameraParam, PoseForEntireImage, Width, Height, WidthRectifiedImage, HeightRectifiedImage, \

?????????????????????????????ScaleForSimilarPixelSize, 'bilinear')

clear_calib_data (CalibHandle)

?

* Map the images

for I := ?1 to |ImageFiles| by 1

??select_obj (Images, Img, I)

??map_image (Img, Map, ImageMapped)

??write_image (ImageMapped, 'jpg', 0, 'D:/halconvc/picture/'+I)

Endfor

②僅使用內(nèi)參

read_image (Image,'D:/halconvc/img/IMG_00.JPG')

read_cam_par('D:/halconvc/campar.dat',CameraParam)

CarParamVirtualFixed:=CameraParam

*對(duì)于area(diversion)相機(jī)模型(7個(gè)參數(shù))

change_radial_distortion_cam_par('adaptive',CameraParam,0,CarParamVirtualFixed)

*對(duì)于area(多項(xiàng)式)相機(jī)模型(12個(gè)參數(shù))

change_radial_distortion_cam_par('adaptive',CameraParam,[0,0,0,0,0],CarParamVirtualFixed)

*上述相機(jī)模型選一種后進(jìn)行下面的map_image

*創(chuàng)建一個(gè)投射圖，其描述圖像與其相應(yīng)正在改變的徑向畸變，而對(duì)于12個(gè)參數(shù)的畸變包括徑向和切向畸變

gen_radial_distortion_map(Map,CameraParam,CarParamVirtualFixed,'bilinear')

map_image(Image,Map,ImageMapped)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的halcon相机标定及图像矫正（代码）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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