一种利用单幅图像的现场摄像机自标定方法

针对现场摄像机工作特点对标定方法的要求，设计了利用单幅“田”字形标定物图像的摄像机标定方法。

摄像机标定是计算机视觉测量的前提和基础，通过摄像机标定构建了三维空间点与二维图像点之间的联系。在视觉监控、视觉监测、视觉定位和测量等应用中，要求摄像机能在妨碍工作的情况下，实现摄像机的实时在线标定。这就要求：摄像机能够在场景中获取足量有效信息；当场景内信息不足时，能够设置简便的标定物或绘制标定图案；标定时摄像机不需改变安装位置；标定过程简便快速。

目前摄像机标定法可分为传统法，自标定法和主动视觉法。

传统标定法需用参数已知的精密标定物， 根据标定物上的特征点与该点在图像上投影点对应关系求解摄像机参数。

传统标定法标定精定精度较高， 主要有直接线形变换法[1]， Tsai 两步法[2]， 双平面标定法[3]， 张正友标定法[4]。

传统标定法的不足在于， 实验需要精密标定物以满足算法和标定精度的要求，部分算法过程较为复杂，标定速度较慢。主动视觉标定法是利用精密的运动或旋转平台，使摄像机镜头和标定物之间按算法需求作相对运动，从而获取标定信息实现标定。如文献[5]、文献[6]、文献[7]、文献[8]均为主动视觉法。这些方法标定精度很高，但标定过程中需要高精密的运动或旋转平台，试验条件要求严苛。

虽然自标定法精度不如传统标定法和主动视觉法高，但自标定方法最为灵活，应用场合最广。目前的自标定法可大致归纳成两种：一是利用人为设置标定物进行标定，该方法不需要制作精密标定物，也不需要精密的运动和旋转平台，只需在不同角度获取若干标定物图像即可实现标定。如利用长方体可见边在像平面投影上获得三个正交灭点信息进行标定；文献[9]从获取不同位置3 幅或3 幅以上的标定物图像即可实现标定；文献[10]在文献11 的基础上设计出新的标定模板， 提高了标定精度；文献[11]、文献[12]中利用射影几何原理及其性质设计出新的标定算法；总结，这类自标定方法没有摆脱对专门标定物的依赖，不适用于设置标定物困难的场合，并且在获取多幅图像过程中需要摄像机与标定物相对位置发生变化，标定过程耗费时间。于是，利用场景内存在几何信息进行标定逐渐成为现场摄像机在线标定的主要方法：文献[13]利用高速公路上存在的各类标志线标定摄像机参数；文献[14]通过获取建筑物上三组正交平行线信息对摄像机完成标定；文献[15]通过获取场景内行走的人的头和脚点， 从而利用得到大量消失点与消失线信息计算出摄像机参数。这类方法计算过程较为繁琐， 且是根据摄像机工作场合特殊性而设计， 需要摄像机视场内有足够的几何信息，但是在部分路面并没有足够使用的标志线，建筑物三组正交平行线不能保证同时出现在摄像机视场内等空间几何信息不足的情况下，需要安装足够简易的标定物以满足需要。