标定图案

相机标定器和立体相机标定器支持棋盘格、圆点网格、AprilGrid、ChArUco 板以及自定义检测器图案来提取关键点。这些 App 允许您添加自定义图案检测器，并提供内置模板以帮助您创建它。

什么是标定图案？

相机标定是用于估算镜头、图像传感器或相机的参数。您可以使用这些参数来估算场景中的结构，并消除镜头畸变。相机参数包括：

内参 - 这些参数与相机的内部特性有关，例如焦距、光学中心（也称为主点）以及畸变系数。
外参 - 这些参数描述了相机在三维场景中的位置（位置和方向）。

有关内参和外参的计算方法的更多细节，以及单镜头（针孔）和鱼眼镜头标定的说明，请分别参阅什么是相机标定？和鱼眼镜头标定基础知识。

要估计内参和外参，需要三维世界坐标点及其对应的二维图像坐标点。您可以通过使用标定图案的多个图像来获得这些对应关系。标定图案（有时也称为标定栅格或标定标靶）是一种具有已知尺寸和间距的重复图案。

例如，棋盘格图案由大小相等的黑白方格交替组成。图案内部正方形的各角被用作控制点。通过使用角点检测算法，可以在二维标定图像上自动检测到这些角点。如果将棋盘左上角方格的右下角点设为原点，我们还可以利用棋盘格的边长来确定这些点的三维世界坐标。

Checkerboard pattern, with origin labeled.

在识别不同类型标定图样的原点时，采用了类似的假设，从而使算法能够根据其结构自动识别它们。在立体相机标定过程中，图案的原点必须能够唯一确定，因此不应存在 180 度的模糊性。这意味着，当图案旋转 180 度时，其外观不应与原图相同。以下是一些包含 180 度模糊性的标定图案示例，在标定立体相机时应避免使用这些图案：

支持的图案

Computer Vision Toolbox™ 中包含了针对每种原生支持的图案类型的示例图案。要打开任何一种受支持格式的 PDF 文件，请点击链接或在 MATLAB^® 提示符下输入相应的命令：

棋盘格图案：
```
open checkerboardPattern.pdf
```
对称圆点网格图案：
```
open symmetricCirclesGridPattern.pdf
```
不对称圆点网格图案：
```
open asymmetricCirclesGridPattern.pdf
```
AprilGrid 图案：
```
open aprilGridPattern.pdf
```
ChArUco 电路板布局：
```
open charucoBoardPattern.pdf
```

棋盘格图案

棋盘格图案是相机标定中最常用的标定图案。该图案的控制点是位于棋盘格内部的四个角点。由于角落的尺寸极其微小，它们通常不受透视和镜头畸变的影响。相机标定 App 还能检测不完整的棋盘格图案，这在使用广角镜头标定相机时会很有帮助。使用一个棋盘，其一条边上的方格数为偶数，另一条边上的方格数为奇数。这使得 App 能够在所有标定图像中一致地确定图案的方向和原点。标定器将较长的一边指定为 x 方向。方格棋盘格图案可能会对相机的外参产生意想不到的影响。

5-by-6 checkerboard, 6-by-5 checkerboard, and 5-by-5 checkerboard

制作棋盘格图案的方法如下：

将棋盘格图案打印件贴在平坦的表面上。表面的瑕疵可能会影响标定的准确性。
测量棋盘格中一个正方形的边长。标定时需要这个测量值。方块的大小可能会因打印机设置的不同而有所差异。
为了提高检测速度，请在设置图案时尽量减少背景中的杂乱元素。

圆点网格图案

圆点网格图案，有时也被称为圆点网格，是一类标定图案，其通过等间距排列的圆点形成网格结构。它们大致可分为两类：对称图案和不对称图案。圆点网格图案因能有效降低噪声而成为标定热成像相机的首选，这种噪声可能导致角点检测不准确 - 这是棋盘格图案中常见的问题。使用圆点网格图案时，为确保检测成功，图案中的每个圆的直径必须至少为 50 像素。

图案	示例	描述
对称		圆圈以行和列的形式均匀排列维度以圆的数量表示，格式为 [height width]，其中 height 表示一行中的圆的数量，width 表示一列中的圆的数量。由于存在 180 度歧义，因此无法用于立体相机标定。
不对称		每隔一行圆圈的偏移量为相邻行元素之间列距的一半。维度以圆的数量表示，即 [dim1 dim2]，其中 dim1 表示该维度中每行或每列包含相同数量圆圈的圆圈总数，而 dim2 表示该维度中两列（或两行）相邻区域内圆圈总数，其中这两列（或两行）所含圆圈数量不相等。在圆半径相同的情况下，点密度更大。可用于标定立体相机。不存在 180 度的歧义。

图案

示例

描述

对称

Symmetric circle grid

圆圈以行和列的形式均匀排列
维度以圆的数量表示，格式为 [height width]，其中 height 表示一行中的圆的数量，width 表示一列中的圆的数量。
由于存在 180 度歧义，因此无法用于立体相机标定。

不对称

Asymmeteric circle grid

每隔一行圆圈的偏移量为相邻行元素之间列距的一半。
维度以圆的数量表示，即 [dim1 dim2]，其中
dim1 表示该维度中每行或每列包含相同数量圆圈的圆圈总数，而 dim2 表示该维度中两列（或两行）相邻区域内圆圈总数，其中这两列（或两行）所含圆圈数量不相等。
在圆半径相同的情况下，点密度更大。
可用于标定立体相机。不存在 180 度的歧义。

ChArUco 标定板图案

ChArUco 标定板是一种由基准标记点组成的常用标定模板，通常用于多相机标定。它将由黑白方格组成的网格（棋盘格）- 有助于提高角点检测精确率 - 与 ArUco 标记相结合，这些标记是嵌入棋盘格白色方格中的小型正方形二进制代码。您可以通过这些代码进行唯一识别，从而提供额外的参考依据。棋盘格与 ArUco 标记点的结合，使得即使在某些标记点或角点可能被遮挡或处于视野之外的严苛条件下，也能更稳健、更准确地检测棋盘在空间中的位置和方向。这使得 ChArUco 板在对多台相机或多相机系统进行标定时尤为有用，因为在立体标定图像中完全显示 ChArUco 板可能颇具挑战性。

图案	示例	描述
ChArUco 标定板		第 1 维度是指图案在垂直方向上的方格数量。第 2 维度是指图案在水平方向上的方格数量原点位于棋盘左上角方格的右下角。 “原点格子”颜色指定了用于在格子图案中标记原点的方框的颜色。
	棋格大小以棋盘格的长度来表示。标记大小指定为包含 ChArUco 标记的内正方形的长度。

图案

示例

描述

ChArUco 标定板

ChArUco board properties

第 1 维度是指图案在垂直方向上的方格数量。
第 2 维度是指图案在水平方向上的方格数量
原点位于棋盘左上角方格的右下角。
“原点格子”颜色指定了用于在格子图案中标记原点的方框的颜色。

ChArUco board with checker and marker size labeled

棋格大小以棋盘格的长度来表示。
标记大小指定为包含 ChArUco 标记的内正方形的长度。

AprilGrid 图案

AprilGrid 图案通常用于无人机和移动机器人的相机标定及多传感器标定，由排列成行列网格结构的 AprilTag 基准标记组成。该布局中的每个 AprilTag 都提供了四个对标定至关重要的关键点，这使得 AprilGrid 图案成为此用途下空间利用率最高的选项。这些 AprilTag 的唯一可识别性提供了额外的参考点，从而在检测图案在空间中的位置和方向时，提高了检测的稳健性和准确性。在条件较差的情况下，例如某些标记或角点被遮挡或超出相机视野范围时，此特征尤为有用。

图案示例描述

图案	示例	描述
AprilGrid 图案		第 1 维度是指图案在垂直方向上包含的正方形数量。维度 2 表示图案在水平方向上包含的正方形数量最小标记 ID 是指该图案中标记 ID 的最小值。图案中的标记必须具有顺序 ID，且 ID 的递增单位为 `1`。 origin 标记是指其 ID 为最小标记 ID 的标记。
	标记尺寸定义为两个相邻角的外侧黑色边缘之间的距离。标记间距是指相邻标记外侧黑色边缘之间的距离。

AprilGrid 图案

AprilGrid pattern properties

第 1 维度是指图案在垂直方向上包含的正方形数量。
维度 2 表示图案在水平方向上包含的正方形数量
最小标记 ID 是指该图案中标记 ID 的最小值。图案中的标记必须具有顺序 ID，且 ID 的递增单位为 1。
origin 标记是指其 ID 为最小标记 ID 的标记。

AprilTag pattern with tag size and spacing labeled.

标记尺寸定义为两个相邻角的外侧黑色边缘之间的距离。
标记间距是指相邻标记外侧黑色边缘之间的距离。

自定义图案检测器

您可以使用模板创建自定义图案。将图像加载到标定器时，在“属性”对话框中，展开自定义图案部分，然后选择导入图案检测器以打开模板。例如创建和使用自定义模板的示例，请参阅Camera Calibration Using Custom Planar Calibration Patterns。

另请参阅

App

相机标定器 | 立体相机标定器

标定图案

什么是标定图案？

支持的图案

棋盘格图案

圆点网格图案

ChArUco 标定板图案

AprilGrid 图案

自定义图案检测器

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