相机标定拍摄方法.doc

相机标定拍摄方法及其注意事项一、 拍摄方法1=适用于在保证LCD格网点成像清晰的情况下，LCD占满整个像幅的情况=方法：可以在平面格网前面五个不同位置上（前方左上、前方右上、前方左下、前方右下、正前方）交向拍摄五幅影像。下图是利用CASIO EX-Z750数码相机并按照该方法获取的五幅影像，焦距为7.9mm，像素大小约为23mm（估计），分辨率为23043072。二、 拍摄方法2实验证明，第一种方法并不完全适用于对液晶显示器的拍摄，因为由于显示器尺寸有限，对于某些相机而言，很难保证在满幅拍摄的情况下获取足够清晰的影像。因此，可以采用另一种拍摄方法（图1）。严格的拍摄方法描述如下：如同方法1一样，在液晶显示器前面五个不同的位置上拍摄影像（如图1中的星形标记，S1S5），但是不需要保证拍摄的每幅影像都是满幅的；在每个位置上，通过左右旋转或者俯仰相机分别获取若干幅影像（如图1所示，每个位置各5幅影像：15）。每个位置的影像数取决于显示器在影像上的成像大小，要求显示器均匀分布在像幅的不同位置，也就是说显示器成像越小影像数就越多（若显示器能够占满像幅，则每个位置仅拍摄一张相片，此时等同于方法1）；要求显示器的成像不能太小，一般情况下，只要保证显示器成像的高或宽与像幅的高或宽之比能大于等于1/5即可。实际拍摄中，拍摄位置和每个位置上的影像数是不需要严格按照上述方法执行的，原则上保证具有三个以上相距较远的位置，并且保证在每个位置上的显示器成像均匀分布在像幅的不同位置即可。前者是为了保证同名点具有足够大的交会角以及足够多的重叠数，从而提高标定的精度。后者是为了保证LCD对影像各个部位进行有效的控制，以获取更加可靠的畸变差参数等。另外，在每个位置上，可以通过相机绕光轴旋转90度获取一些旋转影像，目的是削弱像主点、主距和畸变差的相关性等，进一步提高标定精度。这对自标定而言，显得更加重要（本文后面将进行详细的实验分析）。图2是按照新方法拍摄的一组影像，共有47幅影像（旋转90度的相片可以不要，此时同样可以进行标定），采用Kodak DC 290数码相机拍摄，焦距为7.8mm。1324S1S2S3S4S55图 1 旋转拍摄方法 图 2 kodak DC290相机拍摄的47幅标定影像三、 拍摄中注意的事项（如何获取清晰影像？-具体操作可咨询熟悉摄影的人！）前面使用的相机都是家用普通数码相机，一般情况下仅适用于较近距离的测量。然而，对于目前应用广泛的工程测量（土方塌方计算、大型雕塑重建等）、低空地面摄影测量（气球、飞艇等）而言，通常要使用大幅面、高分辨率、较长焦距的专业相机。对这类相机，在测量时通常情况下要调焦至无穷远，否则很难保证标定时的主距与测量时的主距相同。然而，此时它们所具备的景深近点距离通常都比较远。因此就会出现以下问题：在较近距离内对LCD进行拍照标定，很难获取清晰的影像；在远距离拍照时，LCD的成像非常小，无法对标定影像进行很好控制。由于这两方面是相互矛盾的，距离近则无法清晰，距离远则平面控制场成像小。所以，如何对LCD进行拍照是非常关键的。下面使用专业数码相机Kodak DCS SLR/n说明这个问题（图3），该相机使用Kodak机身以及Nikon的两组镜头，焦距分别为28mm和50mm，前者为广角镜头。相机分辨率为30004500，像元物理大小为0.008mm。图3 Kodak DCS SLR/n通过大量实验表明，利用上面提出的第二种拍摄方法以及合理的曝光控制可以较好地解决这个问题。下面以佳能公司主页上的介绍说明如何合理控制曝光。根据摄影知识可知，改变相机成像质量的方式有三种：改变光圈、曝光时间以及ISO感光度。一般情况下，更改ISO感光度会影响影像的画质，即影响图像的颗粒感（噪音）。感光度越高，照片越有颗粒感。感光度越低，颗粒感越少。高ISO感光度会导致图像中更多的噪音。目前的数码相机使用多种技术降低噪音，因此即使是在非常高的感光度下也可以保持相当好的画质。光圈不仅控制通过的光量，而且控制景深。如果使用大光圈(小f值)，则景深较小。前景和背景会显更模糊，而只有特定的区域会显得清晰。相反，如果使用较小的光圈(大f值)，则景深较大。前景与背景会显得更加清晰。这样就可以在使用无穷远调焦方式下，通过改变光圈来达到近距离LCD的成像清晰。由于光圈值变大，通光量就会相应的减少，因此必须相应的增加曝光时间，从而生成清晰的影像。图4反映了光圈与图像质量（景深变化）的关系（来自佳能公司）。综上所述，对高分辨率的专业相机进行标定时，在适当加大相机拍摄距离的情况下，可以通过调整光圈和曝光时间拉近景深最近点。由于拍摄距离变大，因此LCD的成像也会相应变小，此时可以通过前面介绍的旋转摄影，在每个位置上拍摄更多的影像。由于改变了相机景深，此时标定影像对应的相机参数与采用常规设置的实际测量影像的相机参数可能存在一定的差别，进而造成测量精度的降低。图4 光圈值与图像质量（景深变化）的关系图5是使用Kodak DCS SL