何为“相机标定”？利用此技术完成了多个解决方案，助企业提高生产效率收藏

我们时常感叹好莱坞大片中以假乱真的特效带给自己的震撼，也时常赞叹特斯拉自动驾驶技术日益精进带给乘车人的踏实感，还时常为Meta冲击《头号玩家》般超现实虚拟环境融入生活，并不断取得突破的AR技术倍感惊叹……而这些看似毫无关联，却又同样极大程度上推动世界科技进程的技术，都基于同一个工作原理的运用：相机标定。

什么是“相机标定”？官方百科解释：在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体“表面某点的位置”与其在“图像中对应点”的关系，必须建立相机成像的几何模型，求解几何模型相关参数的过程就称之为相机标定简单来讲就是：我们生活的场景是三维的、立体的，相机拍摄出来的东西是二维的、平面的。

二维相较于三维来说，缺少了距离/深度等重要信息，要想从二维的图片当中获取物体原本在三维当中的位置和形态，就需要通过一系列的复杂算法去达到这个目的，这个算法的整体过程就叫相机标定如何实现“相机标定”？透过一个例子去讲述一下“人孔成像”，涉及到五个东西：人（本身），孔，光线，墙，人像。

一个人站着，光线从孔中经过，把人呈倒立形态照射在墙上而照射在墙上的人像，它的大小，则由墙与孔的距离决定如果说“人”身处在真实世界/三维世界中，在光线的照映下，通过“孔”的映射，出现在“墙”上/二维世界，形成“人像”，我们如何通过“墙”上的“人像”去得知“人”的真正形态/三维形态。

在相机标定中，用了“四个坐标系”：世界坐标系Ow（Xw，Yw，Zw）、相机坐标系Oc（Xc，Yc，Zc）、图像坐标系o（x，y）、像素坐标系Ouv（u，v），加以精钻细研的科学算法，从而得出二维世界与三维世界中的关系，即【像素坐标系】与【世界坐标系】的关系。

想从【世界坐标系】精准到【像素坐标系】，就成了四个坐标系之间的相互换算，这其中涉及到比较专业的知识，我们还是继续以“人孔成像”的例子去阐述，从浅显的方面讲一下：如果以人站着的位置（脚根）为【世界坐标系】原点，那么“人”到“孔”的位置可以通过平移和旋转实现方向和距离的一致。

我们以R表示旋转，以T表示平移；从“孔”到“人像”的距离即Z，在成像中称为“焦距”，用f表示具体距离/焦距最终，通过层层转化，从【世界坐标系】到【像素坐标系】的关系为：

在“人孔成像”过程中，由于“孔”和“人”的大小关系/远近关系；“人”通过“孔”形成的“人像”往往会有些许变形，我们称为“畸变”但“孔”往往是中心对称的，所以“畸变”也多呈径向对称，我们称为“径向畸变”，“径向畸变”一般分为两种：枕形和桶形。

而在成像过程中的组件，如果透镜和成像的平面没有严格平行，则会引起“切向畸变”。

既然有“畸变”，就有“矫正”来完成还原通过相机标定，我们可以从平面中还原物体本真的三维形态，可以精准地得知平面中物体在三维空间中的位置信息，可以让三维的物体以二维存在的同时，不丢失作为三维物体所具备的方方面面，从而帮助我们在动作捕捉、三维建模、定位导航等各个场景提供技术支持。

“相机标定”的场景应用· AR/VR头显

AR/VR头显：人在虚拟场景中的身临其境AR/VR头显一般是通过移动设备的电子指南针和加速度传感器，获取用户现实当中各个身体部位的方向和倾斜角度，通过这些信息建立目标物体在现实场景中的平面基准，之后坐标变换显示，实现虚拟环境与现实操作的一致。

· 车载显示

车载显示：360度感知还原车辆周围环境车载显示主要是利用激光雷达、毫米波雷达、摄像头对车辆周围的环境进行探测，依据多传感器融合进行图像的3D空间重构，完成在车载显示屏上对车辆周围的环境还原:除此之外，部分车辆还能通过红外3D人脸识别，标定车主的脸部特征，在后续使用当中，可以自动完成对车主的准确识别并自行启动。

· 安防监控

安防监控：图像分析后实现快速锁定安防监控系统通过人工智能对于图像以及图像描述建立映射关系，进而进行图像分析处理，自动的分析和抽取视频源中的关键信息如根据人的基本特征完成分析之后形成相对固定的解析模式，当人出现在监控中时，会根据固定的人体特征完成对人的体态、面部等分析，并可以根据特定要求自动锁定追踪对象。

第六镜科技的“相机标定”应用作为致力于“以AI技术赋能传统行业数字化转型”的第六镜科技，依靠自研算法+软硬件一体化，已和多家知名企业展开合作，完成了“热态钢轨缺陷检测”“数字化煤仓”“炉辊结瘤检测仪”等多个解决方案，帮助企业在发展过程中极大地提高了生产效率，而“相机标定”技术在其中的应用起到了很大的作用。

比如，与邯钢集团的“热态钢轨缺陷检测”合作中，针对整个流程的实现，第六镜科技编写了“输入”“输出”的多条算法运用到相机标定上，实现对“热态钢轨缺陷检测”的最优输出：在生成标定板轮廓模型后输入采集轮廓，在算法的驱动下，相机会对各个视角轮廓与标准模型进行仿射变换配准，从而得到标定结果对数据进行拼接和矫正，再拟合椭圆轮廓，求解半径，和圆柱间的距离，评估最优标定，结束后输出最优标定结果。

再有，与旭阳集团联合的“数字化煤仓”项目中，第六镜科技结合激光扫描和斗轮机三维定位技术，对煤仓进行三维成像，形成分层、分区的存储数据，并根据堆取料登记的时间和区域，为后续燃煤进场数据、采制化数据导入提供依据。

随着科技在实际中的运用占比不断提高，传统行业已逐步迈入新的征程，力求在人力成本、时间成本、安全性等多个方面寻求更大突破，从传统方式真正实现全“智能化”发展第六镜科技也将以不断进取的姿态，携手传统行业在“智慧化”的道路上，留下更多辉煌。

(文章来源于第六镜工业AI)

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