ZEMAX是廣為使用的一款光學仿真軟件，是進行光路設計和分析的利器；而相機標定，則是進行機器視覺任務時，拿到一款相機，對其實際參數進行確定的過程。

因此看起來，二者其實主要是針對不同的側重點。前者主要面向相機開發，后者面向相機使用。

但是最近遇到了一個問題，不得不使用ZEMAX進行一些相機標定算法方面的驗證。這期間遇到了一些問題，這里記錄下來希望可以與大家分享，如有不對之處進請指正。

事情的經過是這樣的：現在手頭有一臺特殊光路的相機，由于相機是課題組自己設計搭建，因此也有相應的ZEMAX工程文件。在理想情況下該相機與普通相機的成像模型完全一致，因此理論上可以使用張正義相機標定法進行標定。

然而，相機光路中包含一些特殊結構的光學元件，這些元件的安裝與制造誤差勢必會為成像系統引入畸變，因此有必要為這些畸變和誤差建立對應的數學模型，就類似于普通相機中的徑向畸變與切向畸變模型，從而對其進行矯正。所以問題來了，怎么驗證模型的可靠性呢？

仿真！

我的想法是這樣的。在ZEMAX中對一些光學元件的角度進行一些微調，以此來模擬實際情況中的安裝誤差；接著在ZEMAX中模仿張正義標定法，在物方視場中設置類似棋盤格的視場：

令成像系統在不同的位置與角度對物面成像，記錄對應的像點。如此則得到了多組物點-像點的對應關系，接著使用張正義標定法再加上自己建立的誤差模型對其進行標定，以此來驗證自己的誤差模型是否準確可靠。

OK，但是實際操作中，比較麻煩的地方就是“令成像系統在不同的位置與角度對物面成像”。下面就進入正題，說說我是怎么達到這個目的的。

一.旋轉光學系統

當光路與視場都設定好之后，此時的3D視圖是這樣的：

(吐槽一下，ZEMAX2017以后雖然最多可以設置超過2000個視場，但是只顯示12個，如果視場中有48個視場點，需要重復設置4次才能完成所有成像)

進行相機標定的時候，我們需要在不同角度進行拍攝，因此首先想到的辦法是旋轉光學系統。

所以首先在物面之后添加坐標間斷，設置旋轉參數。

然后就成了這個樣子：

光線進入了成像系統，但是卻沒有穿過后續的元件。

這里有一個辦法或許能解決這個問題：

打開系統選項中的光線瞄準，這時：

可以看到光線已經按照光軸進行了偏折，接著調整坐標間斷中的偏心參數，令所有光線進入即可。

如果能順利進行到這里的話，就已經大功告成了。但是我實際中遇到的問題是，當光路結構比較復雜的時候，在開啟光線瞄準的情況下，輸入傾斜角度經常會提示：

而且由于光線瞄準是軟件進行迭代求解，如果一次輸入大角度，同樣也會提示上述錯誤。比如直接輸入30°就會報錯，但是連續輸入10°、20°、30°可能就沒有問題。

在我的光學結構中，即使輸入很小的傾斜角度就會報錯，因此上述方法無法使用

二.旋轉物面

山不走來，那就走向山；既然旋轉光學系統不行，那旋轉物面呢？

ZEMAX中，物面可以設置為傾斜面，可以輸入正切值改變物面的角度。

比如輸入Y正切為2：

看起來好像不錯的樣子，但問題是，物面中各個視場之間的關系已經與之前不再相同了，之前我們設置視場的時候，是為每一個視場設定了一個平面坐標，但是旋轉之后，雖然各個視場點仍在一個平面上，但是彼此之間的距離已經與之前不同了。

此時每個物面中的點，都成為一個三維點，x、y坐標是我們提前設置的，Z坐標為：

如果用這種方法進行相機標定，就類似于實際進行相機標定時，不同角度下拍攝不同的標定板。

但是仔細想想，張正義標定法中其實并沒有限定標定板必須統一啊，拍一張換一個標定板也可以啊，只要確定標定板的尺寸和對應的像點就可以嘍。

于是接下來的問題轉換為：三維空間平面中的三維坐標，怎么轉化成該平面二維坐標？

我的做法是這樣的：

根據上述方程，顯然這個平面的法向量是(tanθx，tanθy，-1)。

顯然(1,0,tanθx)也在該平面上，對上述兩個向量進行模為1的操作后，再進行叉乘得到了第三個向量。

這三個向量組成了旋轉后平面的一組正交基。對這三個向量組成的矩陣取逆，就得到了原始物面與旋轉之后物面的轉換關系。

將該逆矩陣與三維空間平面中的三維坐標相乘，就得到了對應的平面二維坐標(其實也是三維坐標，只是最后一個維度數值為0)。

再結合該平面每個視場對應的像點，就可以進行標定了。

值得注意的是，MATLAB中相機標定函數中的世界坐標是固定的，但是我們這里相當于每張照片都不同，因此相應的標定代碼需要進行一些修改，才可以完成相機標定。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的zemax设置 像方远心_ZEMAX相机标定非常不完全指南的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。