godwork相机标定用户手册_W

1、 GodWork 相机标定用户手册 武汉讯图科技有限公司 目录 GodWork 相机标定用户手册1第一章GodWork 相机标定概述51.1 总述51.2 背景51.3 应用领域51.4 GodWork 相机标定功能与特点6第二章 相机标定场布设72.1 选择拍摄场地72.2 确定标定场范围72.3 摆放标定板8第三章标定影像拍摄93.1 拍摄相机设置93.2 标定影像拍摄方法9第四章标定软件处理104.1 软件运行环境及硬件配置104.2 数据准备及工程创建104.2.1 创建工程所需文件104.2.2 准备相机文件114.2.3 创建工程124.3 相机标定134.3.1 一键标定134.

2、3.2 提取红绿点134.3.3 构网134.3.4 相机标定134.4 控制场相机标定134.4.1 刺点134.4.1.1 进入刺点界面13 4.4.1.2 工具栏144.4.1.2.1 全屏显示154.4.1.2.2 放大154.4.1.2.3 缩小164.4.1.2.41：1 显示164.4.1.2.5 按比例显示164.4.1.2.6 多影像放大164.4.1.2.7 多影像缩小164.4.1.2.8 多影像按比例显示164.4.1.2.9 只显示细节窗口174.4.1.2.10 显示连接点174.4.1.2.11 物点列表对话框184.4.2 控制场构网194.4.3 控制场相机标

3、定194.4.4 导出像控点194.4.5 导入像控点194.4.6 标志点调整204.4.7 漏刺点自动量测204.5 标定工具204.5.1 建立金字塔204.5.2 增删影像204.5.2.1 删除影像操作214.5.2.2 增加影像操作214.5.3 删除所有点224.5.4 应用标定参数224.5.5 光束法平差224.5.6 生成彩色点云224.5.7 生成单色点云224.5.8 输出标志点影像224.6 常见问题处理24 4.6.1 一键标定时提示有问题影像？244.6.2 光束法平差时平均残差较大？244.6.3 一键标定后构网网型有问题？244.6.4 标定参数毫米与像素转换

4、254.6.4.1 毫米单位与像素单位的区别254.6.4.2 单位转换工具254.6.4.3 单位转换26 第一章GodWork 相机标定概述1.1 总述天工相机标定软件（GodWork_Calibration）主要是针对无人机航测生产中应用的非量测相机，对其进行检校，得到精确的相机的内方位元素及畸变差参数。 天工相机标定软件以自检校光束法平差理论为基础，配合布设的简易相机标定场，拍摄标定影像，能够快速，简捷的得到相机的内方位元素和畸变差参数。 天工相机标定主要包含：标定场地布设，标定影像拍摄，标定软件处理 3 个步骤。 1.2 背景 从几何上理解，相机是一个四棱锥体，其顶点是相机物镜的中心

5、，其底面就是相机的成像平面（即影像）。摄影中心到成像面的距离称为相机的焦距，一般用表示，摄影中心到成像面的垂足称为像主点，像主点离影像中心点的位置 x0，y0 确定了像主点在影像上的位置。 、 x0、y0 一起称为相机的内方位元素。 内方位元素可通过相机检校获得。一般来说，测量专用的相机在出厂前由工厂对相机进行过检校，其内方位元素是已知的，这些相机称为量测相机，否则称为非量测相机。 由于在加工、安装的过程中，相机的物镜存在一定的误差，使得物方平面上直线的影像不是直线，这种误差称为物镜的畸变差。用于测量的相机，为了达到必要的测量精度，必须对相机进行检校，以得到其精确的畸变差参数。一般来说，量测相

6、机的畸变差较小，非量测相机的畸变差较大。而且，非量测相机的畸变差参数不稳定，易受到碰撞等诸多因素的影响， 发生变化。 1.3 应用领域 近年来无人机摄影测量技术发展迅速，大大缩短摄影测量周期，应用越来越广泛。在实际生产中，由于量测相机的价格，重量等诸多因素的影响，使得量测相机在无人机航测方面应用的较少。现阶段在无人机航测生产过程中，绝大多数生产单位使用的都是非量测相机。因此，为了达到较好的测绘精度，就必须对使用的非量测相机进行检校，以得到准确的内方位元素及畸变差参数，而且考虑到非量测相机的畸变差参数的不稳定性，因此，就必须隔段时间就对非量测相 机进行检校。这样，简单快捷的相机标定方法及软件就显

7、得尤为重要和迫切。 传统的相机标定大多采用固定地点三维标定场进行，对于标定场的场地选择及布设有极大的要求。而二维相机标定场其相机标定技术是基于计算机视觉领域，标定精度有限。在实际生产中，以上两种相机标定方式给无人机摄影测量应用带来了极大的不便。 天工相机标定软件结合无人机测量相机标定的需求，提出了一种基于卡片式标定板的便携、免控制的相机标定解决方案，给相机标定带来了极大的便利。 天工相机标定采用 32 张带有红绿标志的黑色卡片，将卡片用不同厚度的塑料泡沫固定到墙上，构成三维控制场，无需进行标志点坐标的测量。标定者在不同位置，不同角度对控 制场进行拍摄。然后将拍摄的标定影像导入天工相机标定软件，

8、系统自动识别卡片的红绿标 志，输出相机标定报告，实现快捷、简便的相机标定。 1.4 GodWork 相机标定功能与特点 GodWork 相机标定具有如下的功能及特点： 1) 标定场便携且易于布设； 2) 无需测量控制点坐标； 3) 采用红绿标识点，系统自动辨识其编码； 4) 光线条件无法满足要求情况下，可人工输入编码；5) 操作简易方便，易于掌握； 标定过程耗时表 项目 注意事项 时间 准备材料 布置控制场 2 米X3 米空白墙壁 5 行 6 列 2 小时 学习标定影像拍 摄方法 1 小时 拍摄影像 光线均匀、照度好、必要时 加灯补光 15 分钟 软件标定（自动 光照好 10 分钟 软件标定（

9、手工 由于光照问题，无法完整识别情况下，将未能识别的标志手工刺点 30 分钟 第二章相机标定场布设2.1 选择拍摄场地 拍摄相机标定影像，需要一个较开阔的拍摄场地。场地要求如下： 1. 拍摄场地需要光线充足，如室内光线不好，需要考虑布设灯光；2. 场地面积不能小于 3 米2 米（宽高）； 3. 拍摄者站立位置与墙壁距离不能小于 3 米； 4. 背景最好为白色的墙壁； 5. 墙壁平整，确保四周没有遮挡。如下图 1_1 所示： 图 2_1拍摄场地2.2 确定标定场范围 选择好标定场地之后，需要确定标定版摆放范围。确定标定板摆放范围有 2 种方式，分别是： 1.选择好场地之后，利用标尺在墙壁上划出

10、3 米2 米（宽高）的范围，对划定范围的四周做好标记，这样标定板摆设的范围就大致确定了。之后在划定的范围内按照 5 行 6 列的方式均匀的排布标定板。标定板之间的距离不需要太精确，只要大致均匀排列即可。 2.选择适当的距离正对墙壁站好，端起相机，利用相机取景框将标定场四角的位置确定， 利用标定板在墙壁上将四个角标示出来。这样，标定板摆放的范围就大致确定了。需要注意的是，在拍摄时，相机标定板尽量的充满屏幕，所以在选择标定板摆放的范围的四 角时一定要注意充满取景器的范围。一般场地较大时，我们采用第一种方式去布设；如果场地范围有限，则采用第二种方式 布设。 2.3 摆放标定板 确定场地及摆放位置后，

11、即可开始摆放标定板。 1） 材料准备：准备泡沫板、双面胶带、大头针等材料。 2） 摆放标定板时，先利用双面胶带（也可以利用其他适宜的胶水或固定用品），将泡沫板固定在墙上，再利用大头针将标定板固定在泡沫板上。 需要注意的是，布设标定场时，标定板之间需要有一定的高差，高差在 20-30cm 之间（最低的标定板和最高的标定板之间），可将几块泡沫板叠放一起后固定在墙上（如下图2.3_1 所示），这样标定板之间就会有一定的高差。最终标定板摆放效果如下图 2.3_2 所示： 图 2.3_1 叠放在一起的泡沫板 图 2.3_2 最终摆放效果第三章标定影像拍摄3.1 拍摄相机设置 进行相机标定的相机，需要注意

12、如下几个方面： 1. 进行标定的相机，在拍摄时必须是定焦模式。将相机对焦至无穷远之后，将镜头固定好。如果标定之后更换或拆卸镜头，则必须重新进行标定。 2. 在拍摄时一般选择快门优先模式，之后通过调节曝光时间，光圈大小，感光度 ISO 等参数来调节影像的清晰度； 3. 需要注意的是，曝光时间如果过长，比如达到 1/10 秒的话，拍摄时很有可能因为手的抖动会出现模糊。建议曝光时间设置在 1/50 秒以下； 4. 感光度 ISO 如果过大，拍摄出来的影像会有较多的噪点。根据拍摄时光线情况进行选择，如果感光度能选低，尽量选低。建议 ISO 设置在 400 左右。 5. 光圈数值大则景深小，光圈数值小则

13、景深大；焦距长则景深小，焦距短则景深大。 3.2 标定影像拍摄方法 相机标定影像的拍摄位置分为三个，分别位于标定板正前方，标定板右前方以及标定板左前方。拍摄时端举相机的方式分为水平端举相机和垂直端举相机这两种。天工相机标定解决方案需要的一套标定影像共 45 张影像，此处因为篇幅的限制，就不在此处一一赘述 45 张标定影像的拍摄方法，具体内容请参考相机标定影像拍摄说明.ppt。 第四章标定软件处理拍摄标定影像后，利用天工标定软件（GodWork_Calibration）进行处理。4.1 软件运行环境及硬件配置 运形环境：windowsXP、Windows 7 等Windows 系列产品； 硬件配

14、置:普通 PC；4.2 数据准备及工程创建 4.2.1 创建工程所需文件创建工程所需文件包括：标定影像（存放于影像目录 images 中），以及相机文件。目录结构 见图 2-1 所示。 图 2-1 创建工程所需文件 图 2-2 标定影像数据 相机文件中记录的是拍摄影像的相机信息，文件名为 camera.txt；4.2.2 准备相机文件相机文件名称为camera.txt。以下为相机文件camera.txt示例：单位为毫米坐标系中坐标轴朝向与坐标原点以图示说明：相机文件内容 描述 camera_name = Canon400D相机名称 type = mm单位类型， mm 代表毫米 x0 =0像主点

15、，以像片中心为原点 y0 = 0f = 24相机主距 k1 = 0径向畸变参数 k2 = 0k3 = 0p1 = 0切向畸变参数 p2 =0pixel_width = 3888以像素为单位的像片宽度 pixel_height = 2592以像素为单位的像片高度 mm_width = 22.1616以毫米为单位的像片宽度 mm_height = 14.7744以毫米为单位的像片高度 图 2-3 毫米坐标系 4.2.3 创建工程数据准备好之后，执行创建工程命令。执行菜单【工程】下的菜单项【创建工程】，弹出创建工程对话框，单击按钮，选择已准备好的工程目录，或直接将目录地址写在工 程路径编辑框内，在状

16、态一栏里会显示创建所需文件是否存在。在相机文件存在的情况下， 单击 OK 按钮，进行创建工程。 图 2-4 创建工程对话框 创建工程完成后，在工程文件夹下会生成像点文件 GWPhoto、物点文件 GWObjPoint、相机文件 GWCamera、影像外方位元元素文件 IMG_EO、POS 文件 pos.txt、POS 文件的格式描述文件 posFormat 等六个文件和 temp、result 两个文件夹。 注意： POS 文件为影像的 GPS/IMU 信息，作为建立航带的依据。POS 文件名为 pos.txt。此处生成的 pos 文件是系统自动根据影像的位置关系模拟的一个 pos； posF

17、ormat 文件为 POS 文件的格式描述文件，作为系统读取 POS 文件的依据。文件名为 posFormat 。 Y像主点 X 4.3 相机标定 4.3.1 一键标定创建工程完成后，执行菜单【相机标定】下菜单项【一键标定】。系统将自动进行相机标定，解算出相机的内方位元素及畸变差参数。相机标定的结果 camera_Calibration.txt 文件会存放在工程目录下的 result 目录下。 4.3.2 提取红绿点创建工程完成后，执行菜单【相机标定】下菜单项【提取像点（红绿点）】。系统将自动 进行标定影像上红绿点的提取工作。 4.3.3 构网提取红绿点完成后，执行菜单【相机标定】下菜单项【构

18、网】。系统将自动根据提取出的红绿点选取 2 张影像进行前方交会，构建一个空中自由网。构网结果存放在工程目录下的 result 目录下。 4.3.4 相机标定构网完成后，执行菜单【相机标定】下菜单项【相机标定】，系统会根据构网的结果进行相机标定，解算出相机的内方位元素及畸变差参数。相机标定的结果 camera_Calibration.txt文件会存放在工程目录下的 result 目录下。 4.4 控制场相机标定 4.4.1 刺点4.4.1.1 进入刺点界面执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项【刺点】，弹出像片列表对话框，如图 4-2 所示。选中要打开的像片，单击 OK 按钮进入刺点接口，如图 4

19、-3 所示。 图 4-2 像片列表对话框图 4-3 刺点界面4.4.1.2 工具栏图 4-4 工具栏表 4-1 工具栏说明按钮功能简要说明保存 全屏显示 放大 缩小 4.4.1.2.1 全屏显示点击图标，在任意窗口点击，该窗口影像以适合窗口大小显示，单击右键，鼠标变为刺点状态。4.4.1.2.2 放大点击图标，鼠标变为，在任意窗口点击，该窗口影像进行放大显示，单击右键，鼠标按钮功能简要说明1:1 显示 按比例显示 设置显示比例 多影像按比例显示 多影像放大 多影像缩小 刺点状态抓点 窗口排列 只显示细节窗口 裸眼立体显示 按航带方向打开前一组影像 按航带方向打开后一组影像 打开上次打开影像 选

20、择立体像对 变为刺点状态。4.4.1.2.3 缩小点击 图标，鼠标变为 ，在任意窗口点击，该窗口影像进行缩小显示。单击右键，鼠标变为刺点状态。4.4.1.2.41：1 显示点击图标，鼠标变为，在任意窗口点击，该窗口影像以原始比例显示。单击右键，鼠标变为刺点状态。4.4.1.2.5 按比例显示点击，在下拉列表中选择显示比例。1：N 为缩小 N 倍，N:1 为放大N 倍。 点击图标，鼠标变为，在任意窗口点击，该窗口影像以所选择比例显示。点击右键，鼠标变为刺点状态。4.4.1.2.6 多影像放大点击图标，鼠标变为，在细节窗口点击，则所有细节窗口都进行放大显示；在全局 窗口点击，则所有全局窗口都进行放

21、大显示。点击右键，鼠标变为刺点状态。4.4.1.2.7 多影像缩小点击图标，鼠标变为，在细节窗口点击，则所有细节窗口都进行放大显示；在全局窗 口点击，则所有全局窗口都进行缩小显示。点击右键，鼠标变为刺点状态。4.4.1.2.8 多影像按比例显示点击图标，鼠标变为，在细节窗口点击，则所有细节窗口按所选比例显示影像；在全局窗口点击，则所有全局窗口按所选比例显示影像。点击右键，鼠标变为刺点状态。 4.4.1.2.9 只显示细节窗口点击图标，所有全局窗口隐藏，所有细节窗口重新规则排列。图 4-5全局窗口与细节窗口同时显示图 4-6 只显示细节窗口4.4.1.2.10 显示连接点点击【View】-【sh

22、ow Tiepoint】，所有细节窗口显示已匹配的连接点，可以方便的的查看连 接点的分布，检查提取出的红绿点有无错误。 图 4-7显示连接点 4.4.1.2.11 物点列表对话框在刺点界面中物点列表对话框如图 4-8 所示。当前点的点号显示在当前点号编译框内。物点列表由三列组成，分别为物点点号，物点的总度数及物点的当前度数。物点点号是物点的唯一标识，不会重复。物点总度数是指该点出现在多少张像片上。物点当前度数是指物点所出 现的影像当前打开了多少张。 当前点号物点列表图 4-8 物点列表对话框按钮功能介绍： 【goto】：查看当前点的所在影像，并以该点为中心显示。 【预测】：查看当前点的所在影像

23、及预测到可能出现的其他影像，并以已有点位或预测点位为中心。如果工程中没有 DEM 文件，那么预测按钮为灰色，无法使用。 【转点】：检测当前点可能出现在的像片，并与已有像点进行匹配，并在匹配的结果上自动刺点。如果工程中没有 DEM 文件，那么转点按钮为灰色，无法使用。 【视图内转点】：只在当前打开的影像中执行转点的操作，执行视图内转点操作后，当前打 开影像不会增加或减少，当前打开的影像会将视图调整到以当前点位中心的状态。如果工程中没有 DEM 文件，那么视图内转点按钮为灰色，无法使用。 【调整】：将当前点进行精确匹配，并自动调整点位。如果工程中没有 DEM 文件，那么调整按钮为灰色，无法使用。

24、【选项】：弹出选项对话框如图 4-9 所示。 图 4-9 选项界面 在连接点显示选项中有三个单选框“显示所有点”、“显示公共点”、“显示当前度数大于 2 的点”。 显示所有点：物点列表中显示当前打开影像中所包含的所有点。显示公共点：物点列表中只显示当前打开影像的公共点。 显示当前度数大于 2 的点：物点列表中只显示当前度数大于 2 度的点。 在预测选项中可以设置是否自动预测，勾选自动预测按钮后，自动在当前打开的影像中预测 点位，并以黄色点标志显示预测结果。 4.4.2 控制场构网在刺点界面中，刺了 3 个以上的控制点之后，即可以执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项【控制场构网】，系统将自动选取

25、 2 张影像进行前方交会，构建一个空中控制网。构网结果存放在工程目录下的 result 目录下。 4.4.3 控制场相机标定控制场构网完成后，执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项【控制场相机标定】，系统会根据控制场构网的结果进行相机标定，得到相机的内方位元素及畸变差参数。相机标定 的结果 camera_Calibration.txt 文件会存放在工程目录下的 result 目录下。 4.4.4 导出像控点执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项【导出像控点】，系统会将工程中已刺的控制点的像点导出，存放在 controlTracks 文件中。controlTracks 文件存放在工程目录下。 4.4

26、.5 导入像控点执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项【导入像控点】，系统会将 controlTracks 文件 中的控制点像点导入工程中。 4.4.6 标志点调整执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项【标志点调整】，系统会自动将已刺标志点调 整为标志点中心。标志点如下图所示。 图 4-4-6 标志点4.4.7 漏刺点自动量测在刺点界面中，刺了 3 个以上的控制点之后，执行菜单【控制场相机标定】下的菜单项 【漏刺点自动量测】，系统会自动将工程中未刺标志点刺上。 4.5 标定工具 4.5.1 建立金字塔执行菜单【标定工具】下菜单项【建立金字塔】，系统会对工程中的标定影像建立金字 塔影像和灰度影像。

27、4.5.2 增删影像执行菜单【标定工具】下菜单项【增删影像】，系统会弹出增删影像的对话框，如图 4-5-1所示。 图 4-5-1 增删影像对话框4.5.2.1 删除影像操作在增删影像对话框的左侧影像列表中，鼠标左键单击需要删除的影像，将其选中，之后点击按钮，将选中的影像放置到对话框右侧的删除影像列表中，也可以通过鼠标 左键双击选中需删除的影像。选择需删除的影像后，点击 这样，就可以将选中的影像从工程中删除。 按钮，4.5.2.2 增加影像操作在增删影像对话框的右侧删除影像列表中，鼠标左键单击需要删除的影像，将其选中，之后 点击按钮，将选中的影像放置到对话框左侧的工程影像列表中，也可以通过鼠 标

28、 左 键 双 击 选 中 需 删 除 的 影 像 。 选 择 需 增 加 到 工 程 中 的 影 像 后 ， 点 击 按钮，这样，就可以将选中的影像增加到工程中。4.5.3 删除所有点执行菜单【标定工具】下菜单项【删除所有点】，系统会自动将工程中已提取的红绿点 删除。 4.5.4 应用标定参数系统解算出相机标定结果后，执行菜单【标定工具】下菜单项【应用标定参数】，系统会根据相机标定结果，自动修改相机文件 GWCamera，将相机标定结果应用到当前工程中。4.5.5 光束法平差应用标定参数后，执行菜单【标定工具】下菜单项【光束法平差】，对工程中的像点进行光束法平差，检查标定出的相机参数的精度情况

29、。 光束法平差时，软件界面上的平均残差【The imgPoint average residual:】数值较小，则证明标定出的相机参数精度情况较好，如果平均残差数值较大，则需要重新检查标定的相机参数。 4.5.6 生成彩色点云执行菜单【标定工具】下菜单项【生成彩色点云】，可以生成彩色的点云。生成的结果 colorobjpoints.ply 文件存放在工程目录下的 result 目录中。因为生成彩色点云需要恢复提取 的红绿点的颜色信息，所以生成速度相对于生成单色点云来说要慢一些。 4.5.7 生成单色点云执行菜单【标定工具】下菜单项【生成单色点云】，可以生成单色的点云。生成的结果 objpoin

30、ts.ply 文件存放在工程目录下的 result 目录中。 4.5.8 输出标志点影像执行菜单【标定工具】下菜单项【输出标志点影像】，系统会在工程目录下的 result 目录中新建一个 calibration 文件夹，将标志点影像输出在calibration 文件夹中。标志点影像如图 4-5-2 所示。 标志点影像中，系统自动提取出的红绿点会用黄色标示出来，同时会在标志点旁标注出对应的点的编号，如图 4-5-3 所示。 图 4-5-2标志点影像（整体）标志点影像（细节）图 4-5-34.5.9 打印像片残差执行菜单【标定工具】下的菜单项【输出问题像片】，系统会通过算法自动进行计算， 将有问题

31、的影像号打印在软件界面上。 4.5.10 删除问题像片执行菜单【标定工具】下的菜单项【删除问题像片】，系统会自动将工程中提示有问题 的像片删除。 4.6 常见问题处理4.6.1 一键标定时提示有问题影像？ 解决方案： 1） 删除工程目录下系统自动生成的文件，只保留 images 文件夹以及相机文件 camera.txt； 2） 重新创建工程； ）3执行菜单【相机标定】下的菜单项【提取红绿点】； 4） 执行菜单【相机标定】下的菜单项【构网】，系统会自动选取 2 张影像进行【构网】， 同时会将有问题的影像打印在界面上； 5） 执行菜单【标定工具】下的菜单项【删除问题像片】，系统会自动将工程中提示有问题的像片删除； ）6执行菜单【相机标定】下的菜