自制棋盘格标定板_相机标定对视觉SLAM的影响

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选择匿名的用户   2021-6-2 17:01   2693   0

双目标定参数对vSLAM的影响

双目标定参数包括相机内参矩阵K,畸变D,双目间外参Tc2c1,这些参数对三维重建或vSLAM的影响可总结如下表(来自文献[1]):

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由此表可知,三维重建或vSLAM精度对外参的敏感性要显著高于内参,尤其是其中的旋转部分,并且其敏感度正比于深度的二次方。也就是说,场景深度越大,双目外参的标定误差对vSLAM的影响越大

在进行双目标定时,外参是通过全局BA优化获得的,而全局BA优化的目标函数是重投影误差。我们知道重投影误差对近处的点更敏感,也就说优化结果会更倾向于满足近处的点。因此,我们在进行标定图像采集时,需要注意相机与标定板的距离,不同距离的标定图像对标定结果的影响是不一样的

为了说明这个问题,文献[2]进行了两组实验,使用两种不同的方式采集标定图像:(1) 相机与标定板的距离保持在10m左右;(2) 相机与标定板的距离在5~15间变化。每组实验各标定相机5次,并分析5次标定结果的差异。实验结果:实验(1)5次标定结果之间的差异为3~4%,实验(2)5次标定结果之间的差异为5~10%。该实验表明,相机与标定板之间的距离对标定结果存在明显的影响,而这些标定结果的差异也将会对vSALM的精度产生影响。

为了更确切的说明不同深度下标定结果对三维重建或vSALM的影响,文献[2]又进行了一组实验,实验结果如下:

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由该实验可知,对于某一特定深度的场景,使用相应深度进行双目标定,将可以使得三维重建或vSALM达到最优精度。对于深度变化的场景,如何提高vSALM精度可参考文献[2]。

如何提高标定精度

  1. 使用足够大的标定板(0.5m以上)。如果条件允许,尽可能使用专业高精度标定板或者激光打印标定板;
  2. 采集到的标定数据集应该整体上能覆盖图像不同区域,且相机与标定板呈不同角度;
  3. 光照充足且均匀,光照不足容易导致运动模糊,光照不均匀或存在反光点会影响角点提取精度;
  4. 标定板与相机的距离尽可能与应用场景的深度相适应;
  5. 可使用Aruco标定板、AprilTag标定板或者CharuCo标定板,这些人工编码标定板的标定精度一般会高于普通黑白棋盘格标定板。

如何判断标定结果是否准确

(以下结果所用相机分辨率为

,其他分辨率可相应类推)

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如上图,重投影误差大部分位于红线下方,即重投影误差应小于0.2pixel,该标定的平均重投影误差为[0.073846, 0.074054],平均重投影误差小于0.1pixel。

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又如上图,重投影误差大部分分布在黑色圆内,且圆的半径小于0.2pixel。若重投影误差分布呈椭圆状,则标定结果大概率是不对的。

参考文献:

[1] Thao Dang, Christian Hoffmann, and Christoph Stiller. Continuous Stereo Self-Calibration by Camera Parameter Tracking, 2009.

[2] Habib Fathi and Ioannis Brilakis. A Multi-Step Explicit Stereo Camera Calibration Approach to Improve Euclidean Accuracy of Large-Scale 3D Reconstruction, 2016.

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