8.3.2 Tsai的RAC两步标定法

8.3.2 Tsai的RAC两步标定法

Roger Y.Tsai在1987年提出了一种基于径向约束的两步标定法,它的具体解法如下所示。

由世界坐标系到相机坐标系的方程可以写为

由于镜头的径向畸变,像点的坐标会有一定的径向偏离,可以假定,偏移前的像点的像素物理坐标为(x0,y0),偏移后的像坐标为(x0+Δx,y0+Δy),那么,它们将不再符合投影关系,但是即便如此,它们还是会符合如下的比例关系:

此为RAC(径向准直约束),将式(8.13)代入可得

整理可得

令Xd =x0+Δx,Yd=y0+Δy,可以将式(8.16)展开整理为

化为矢量式为

其中,是已知的,而矢量是未知矢量,也就是待求的参数。根据式(8.3),可以将图像物理坐标(Xd,Yd)转换为图像像素坐标(ud,vd):

式中,sx为横纵比。设有n个共面点(xWi,yWi,zWi),它们对应的图像像素坐标为(udi,vdi),i=1,2,3,…,n,令所有的zWi =0,之后标定过程如下。

(1)解旋转矩阵R,平移向量的tx,ty分量。

通过式(8.19)对(udi,vdi)求解其所对应的(Xdi,Ydi)。

由于

根据正交性,即,则有

之后从标定点中选一个点,并假定Ty>0,进行如下计算:

若Xd与x同号,dY与y同号,则yT符号为正,否则为负。根据旋转矩阵R的正交性,计算7r、8r、9r如下:

(2)求解zT、f和畸变系数k。

根据不考虑畸变情况的相似关系,有

令k=0,根据式(8.13)和式(8.15)可得

其中,yi=r4xwi+r5ywi+r6zwi+Ty,wi=r7xwi+r8ywi+r9zwi,求解式(8.25)的超定方程组,可得f和Tz的初始值。

令初始值k=0,(u0,v0)的初始值为屏幕中点,通过对下列方程的求解以及优化搜索可得到f、k、Tz、(u0,v0)的精确解:

之后根据第一步中解得的R以及云台相机的姿态角进一步解算出无人机的三个欧拉角。