摄像机标定的使用策略（摄像头标定–camera_calibration）

参考链接：camera_calibration - ROS Wiki

为什么要标定

普通相机成像误差的主要来源有两部分    
    
    
    
    
，第一是相机感光元件制造产生的误差   


     


     


     


     


 ，比如成

像单元不是正方形  
    
    
    
    
 、歪斜等；第二是镜头制造和安装产生的误差



 




 




 




 




 ，镜头一般存在非线性的径

向畸变    
    
    
    
    
。

在对相机成像和三维空间中位置关系对应比较严格的场合（例如尺寸测量

     


     


     


     


     、视觉 SLAM

等）就需要准确的像素和物体尺寸换算参数   

   

   

   

   

，这参数必须通过实验与计算才能得到    

     

     

     

     

，求解参

数的过程就称之为相机标定   


     


     


     


     


 。

标定前准备

标定板

在执行摄像头标定前




  




  




  




  




  ，需要先准备一块标定板



 




 




 




 




 。

标定板有两种获得方法  


  


  


  


  

，第一种是采购成品的标定板     
     
     
     
     
，A4纸大小的标定板通常价格在300~400的样子   

   

   

   

   

。

如果不想采购




   




   




   




   




  ，可以使用打印机将下面的文件按照1:1打印在A4纸上
 



 



 



 



 

，然后贴在一块纯平的版上                         ，例如亚克力板    

     

     

     

     

。

标定板PDF文件

打印的标定板缺点在于 




    




    




    




    




  ，第一打印机的精度有限























，边缘可能会产生模糊                         ，另外就是在粘贴时很难做到极高的平整度  



     



     



     



     



  ，这两项都会对标定结果产生一定的影响























，但是优点时便宜易得




  




  




  




  




  。

摄像头调焦

标定只针对手动对焦的相机    
    
    
    
    
，自动对焦的相机由于焦距变化   


     


     


     


     


 ，难以形成固定的标定参数  


  


  


  


  

。

相机在标定前



 




 




 




 




 ，需要调整好焦距（拧镜头）   

   

   

   

   

，使成像清晰    

     

     

     

     

，并将当前焦距固定住




  




  




  




  




  ，防止焦距产生变化     
     
     
     
     
。

标定摄像头

标定需要用到camera_calibration功能包  


  


  


  


  

，可以通过apt方式安装




   




   




   




   




  。

sudo apt install ros-noetic-camera-calibration

安装完成后启动相机

roscore rosrun usb_cam usb_cam_node

然后启动标定节点     
     
     
     
     
，启动这个节点传入的参数比较多




   




   




   




   




  ，拆分来看一下

--size 11x8用于指明标定板的内角点数量
 



 



 



 



 

，如下图每个红圈的位置就是一个内角点                         ，我所使用的GP290标点板有横向有11个内角点 




    




    




    




    




  ，纵向有8个内角点
 



 



 



 



 

。需要注意的时11x9中的‘x’时小写的英文字母‘x’























，不是数学符号‘*’                         。

使用时根据你所使用标定板实际尺寸修稿

--square 0.02指明标定板中每个方块的边长0.02m                         ，即2cm  



     



     



     



     



  ，根据你所使用标定板实际尺寸修稿

image:=/usb_cam/image_raw























，指明图像话名 




    




    




    




    




  。根据你实际使用的相机驱动节点产生的话题名做修改

rosrun camera_calibration cameracalibrator.py --size 11x8 --square 0.02 image:=/usb_cam/image_raw

标定启动后会出现这样的界面

拿着标定板放在相机视野内    
    
    
    
    
，标定板上出现彩色线条则为有效图像   


     


     


     


     


 ，反之无效



 




 




 




 




 ，需要调整标定板位置























。

分别在左右移动（X）   

   

   

   

   

，直到标定界面上X下方的精度条为绿色    

     

     

     

     

，然后依次在上下（Y）




  




  




  




  




  ，远近（Size）  


  


  


  


  

，倾斜（Skew）方向移动     
     
     
     
     
，移动过程尽量缓慢




   




   




   




   




  ，避免大幅度的移动使相机成像产生拖影                         。持续移动直到所有的进度条都为绿色  



     



     



     



     



  。

当所有进度条都变成绿色后
 



 



 



 



 

，CALIBRATE按钮由灰色变成深绿色                         ，点击CALIBRATE 




    




    




    




    




  ，点击一下后























，界面会卡住                         ，此时不要做任何操作  



     



     



     



     



  ，直到运行标定程序的终端输出标定的结果























，大概是这样的























。

标点完成后再将标定板放在相机视野内    
    
    
    
    
，右上角会出现标定结果的线性误差   


     


     


     


     


 ，通常这个值小于0.1或者显示acc都可以认为标定结果可用

点击标定界面的SAVE按钮



 




 




 




 




 ，标定结果保存在/tmp/calibrationdata.tar.gz这个压缩包中   

   

   

   

   

，打开标定结果的压缩包    

     

     

     

     

，里面大概是这些内容




  




  




  




  




  ，最后一个yaml文件就是我们需要的标定结果    
    
    
    
    
。

这里需要注意一下  


  


  


  


  

，/tmp目录中的文件随时可能会被系统删除     
     
     
     
     
，所以最好将标定的结构拷贝到其他目录下   


     


     


     


     


 。例如我将ost.yaml文件拷贝至用户主目录~中



 




 




 




 




 。

使用标定结果

接下来由于需要编写launch文件




   




   




   




   




  ，建议你创建一个功能包用于存放文件
 



 



 



 



 

，例如我使用了我自己编写的bingda_tutorials功能包   

   

   

   

   

。在功能包中创建一个config目录                         ，将在标定中的获得的ost.yaml文件拷贝至config目录    

     

     

     

     

。

cd ~/catkin_ws/src/bingda_tutorials mkdir config cp ~/ost.yaml ./config/

在功能包的launch目录中创建launch文件 




    




    




    




    




  ，例如命名为bingda_camera.launch

<launch> <node name="usb_cam" pkg="usb_cam" type="usb_cam_node" output="screen" > <param name="video_device" value="/dev/video0" /> <param name="image_width" value="640" /> <param name="image_height" value="480" /> <param name="pixel_format" value="yuyv" /> <param name="camera_frame_id" value="usb_cam" /> <param name="io_method" value="mmap"/> <param name="camera_name" value="my_camera"/> <param name="camera_info_url" type="string" value="file://$(find bingda_tutorials)/config/ost.yaml"/> </node> </launch>

在launch 文件中























，将camera_name修改为my_camera                         ，camera_info_url指向标定文件存放的路径和位置中




  




  




  




  




  。

然后将文件中的camera_name参数修改为和launch文件中的camera_name参数一致

image_width: 640 image_height: 480 camera_name: my_camera

现在通过编写luanch文件来启动摄像头

roslaunch bingda_tutorials bingda_camera.launch

使用echo将camera_info话题输出  



     



     



     



     



  ，可以看到摄像头的标定参数已经加载在话题中了

rostopic echo /usb_cam/camera_info

矫正图像

如果需要使用标定参数矫正图像























，可以使用image_proc这个功能包

首先通过apt方式安装 sudo apt install ros-noetic-image-proc

安装完成后运行它    
    
    
    
    
，这里加入ROS_NAMESPACE是由于usb_cam这个功能包中发布的话题都带有了/usb_cam这个命名空间   


     


     


     


     


 ，所以为了保证图像和摄像头参数话题能正常的被image_proc节点接收需要给它加上命名空间/usb_cam

ROS_NAMESPACE=usb_cam rosrun image_proc image_proc

运行后打开两个rqt_image_view



 




 




 




 




 ，分别订阅原始的/usb_cam/image_raw和畸变矫正后的/usb_cam/image_rect_color图像话题   

   

   

   

   

，下图是我使用一个广角相机运行的结果    

     

     

     

     

，可以看到畸变矫正效果很明显  


  


  


  


  

。

如果你使用的是视场角比较小或者标称无畸变的相机




  




  




  




  




  ，可能对比效果没有这么明显  


  


  


  


  

，但是标定过程和广角是一致的     
     
     
     
     
。