相机标定(3) opencv中solvePnPRansac()和solvePnP()计算外参数-程序员宅基地

技术标签: solvePnP  solvePnPRansac  opencv  

SolvePnP

bool solvePnP( InputArray objectPoints, InputArray imagePoints,
                            InputArray cameraMatrix, InputArray distCoeffs,
                            OutputArray rvec, OutputArray tvec,
                            bool useExtrinsicGuess = false, int flags = SOLVEPNP_ITERATIVE );

参数说明:

  1. objectPoints:std::vector<cv::Point3d>    特征点物理坐标
  2. imagePoints:   std::vector<cv::Point2d>    特征点图像坐标,点对个数必须大于4
  3. cameraMatrix :   cv::Mat(3, 3, CV_32FC1)    相机内参:3*3的float矩阵
  4. distCoeffs:    cv::Mat(1, 5, CV_32FC1)    相机畸变参数
  5. rvec :        输出的旋转向量
  6. tvec:         输出的平移向量
  7. useExtrinsicGuess:    0     
  8. flags:         计算方法

重点flags参数选择选择如下所示:

       SOLVEPNP_ITERATIVE = 0,
       SOLVEPNP_EPNP      = 1, //!< EPnP: Efficient Perspective-n-Point Camera Pose Estimation @cite lepetit2009epnp
       SOLVEPNP_P3P       = 2, //!< Complete Solution Classification for the Perspective-Three-Point Problem 
       SOLVEPNP_DLS       = 3, //!< A Direct Least-Squares (DLS) Method for PnP  @cite hesch2011direct
       SOLVEPNP_UPNP      = 4, //!< Exhaustive Linearization for Robust Camera Pose and Focal Length Estimation 
       SOLVEPNP_AP3P      = 5, //!< An Efficient Algebraic Solution to the Perspective-Three-Point Problem 
       SOLVEPNP_MAX_COUNT      //!< Used for count

基于同一平面上的标准特征点,主要用SOLVEPNP_ITERATIVE 方法。

切记,虽然Opencv的参数偏爱float类型,但是solvepnp中除了相机内参和畸变参数矩阵是用float类型外,其余的矩阵都是double类型,不然出出现计算结果不正确的情况。

solvePnPRansac函数

solvePnP的一个缺点是对异常值不够鲁棒,当我们用相机定位真实世界的点,可能存在错配

bool cv::solvePnPRansac	(	InputArray 	objectPoints,
 	 	InputArray 	imagePoints,
 	 	InputArray 	cameraMatrix,
 	 	InputArray 	distCoeffs,
 	 	OutputArray 	rvec,
 	 	OutputArray 	tvec,
 	 	bool 	useExtrinsicGuess = false,
 	 	int 	iterationsCount = 100,
 	 	float 	reprojectionError = 8.0,
 	 	double 	confidence = 0.99,
 	 	OutputArray 	inliers = noArray(),
 	 	int 	flags = SOLVEPNP_ITERATIVE 
 	)

 solvePnPRansac函数参数与solvePnP参数基本形同:

  1. [in]  _opoints                参考点在世界坐标系下的点集;float or double
  2. [in]    _ipoints                参考点在相机像平面的坐标;float or double
  3. [in]    _cameraMatrix           相机内参
  4. [in]    _distCoeffs             相机畸变系数
  5. [out]   _rvec                   旋转矩阵
  6. [out]   _tvec                   平移向量
  7. [in]    useExtrinsicGuess       若果求解PnP使用迭代算法,初始值可以使用猜测的初始值(true),也可以使用解析求解的结果作为初始值(false)。
  8. [in]    iterationsCount         Ransac算法的迭代次数,这只是初始值,根据估计外点的概率,可以进一步缩小迭代次数;(此值函数内部是会不断改变的),所以一开始可以赋一个大的值。
  9. [in]    reprojectionErrr        Ransac筛选内点和外点的距离阈值,这个根据估计内点的概率和每个点的均方差(假设误差按照高斯分布)可以计算出此阈值。
  10. [in]    confidence              此值与计算采样(迭代)次数有关。此值代表从n个样本中取s个点,N次采样可以使s个点全为内点的概率。
  11. [out]   _inliers                返回内点的序列。为矩阵形式
  12. [in]    flags                   最小子集的计算模型;

*                                                 SOLVEPNP_ITERATIVE(此方案,最小模型用的EPNP,内点选出之后用了一个迭代);
*                                                 SOLVE_P3P(P3P只用在最小模型上,内点选出之后用了一个EPNP)      
*                                                 SOLVE_AP3P(AP3P只用在最小模型上,内点选出之后用了一个EPNP)
*                                                 SOLVE_EPnP(最小模型上&内点选出之后都采用了EPNP)

实例:

//测试 p3p测位姿算法
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <fstream>

#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <opencv2/calib3d/calib3d.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>

void generate3DPointCloud(std::vector<cv::Point3f>& points, cv::Point3f pmin = cv::Point3f(-1, -1, 5), cv::Point3f pmax = cv::Point3f(1, 1, 10))
{
	cv::RNG rng = cv::theRNG(); // fix the seed to use "fixed" input 3D points

	for (size_t i = 0; i < points.size(); i++)
	{
		float _x = rng.uniform(pmin.x, pmax.x);
		float _y = rng.uniform(pmin.y, pmax.y);
		float _z = rng.uniform(pmin.z, pmax.z);
		points[i] = cv::Point3f(_x, _y, _z);
	}
}

void generateCameraMatrix(cv::Mat& cameraMatrix, cv::RNG& rng)
{
	const double fcMinVal = 1e-3;
	const double fcMaxVal = 100;
	cameraMatrix.create(3, 3, CV_64FC1);
	cameraMatrix.setTo(cv::Scalar(0));
	cameraMatrix.at<double>(0, 0) = rng.uniform(fcMinVal, fcMaxVal);
	cameraMatrix.at<double>(1, 1) = rng.uniform(fcMinVal, fcMaxVal);
	cameraMatrix.at<double>(0, 2) = rng.uniform(fcMinVal, fcMaxVal);
	cameraMatrix.at<double>(1, 2) = rng.uniform(fcMinVal, fcMaxVal);
	cameraMatrix.at<double>(2, 2) = 1;
}

void generateDistCoeffs(cv::Mat& distCoeffs, cv::RNG& rng)
{
	distCoeffs = cv::Mat::zeros(4, 1, CV_64FC1);
	for (int i = 0; i < 3; i++)
		distCoeffs.at<double>(i, 0) = rng.uniform(0.0, 1.0e-6);
}

void generatePose(cv::Mat& rvec, cv::Mat& tvec, cv::RNG& rng)
{
	const double minVal = 1.0e-3;
	const double maxVal = 1.0;
	rvec.create(3, 1, CV_64FC1);
	tvec.create(3, 1, CV_64FC1);
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		rvec.at<double>(i, 0) = rng.uniform(minVal, maxVal);
		tvec.at<double>(i, 0) = rng.uniform(minVal, maxVal / 10);
	}
}


int main_p3p()
{
	std::vector<cv::Point3f> points;
	points.resize(500);
	generate3DPointCloud(points);


	std::vector<cv::Mat> rvecs, tvecs;
	cv::Mat trueRvec, trueTvec;
	cv::Mat intrinsics, distCoeffs;

	generateCameraMatrix(intrinsics, cv::RNG());
	generateDistCoeffs(distCoeffs, cv::RNG());

	generatePose(trueRvec, trueTvec, cv::RNG());

	std::vector<cv::Point3f> opoints;
	opoints = std::vector<cv::Point3f>(points.begin(), points.begin() + 3);

	std::vector<cv::Point2f> projectedPoints;
	projectedPoints.resize(opoints.size());
	projectPoints(cv::Mat(opoints), trueRvec, trueTvec, intrinsics, distCoeffs, projectedPoints);

	std::cout << "intrinsics: " << intrinsics << std::endl;
	std::cout << "distcoeffs: " << distCoeffs << std::endl;
	std::cout << "trueRvec: " << trueRvec << std::endl;
	std::cout << "trueTvec: " << trueTvec << std::endl;

	std::cout << "oPoint: " << opoints << std::endl;
	std::cout << "projectedPoints: " << projectedPoints << std::endl;
	


	//std::cout << "result numbers A: :" << solveP3P(opoints, projectedPoints, intrinsics, distCoeffs, rvecs, tvecs, cv::SOLVEPNP_AP3P) << std::endl;
	//std::cout << "result numbers: :" << solveP3P(opoints, projectedPoints, intrinsics, distCoeffs, rvecs, tvecs, cv::SOLVEPNP_P3P) << std::endl;

	bool isTestSuccess = false;
	double error = DBL_MAX;
	for (unsigned int i = 0; i < rvecs.size() /*&& !isTestSuccess*/; ++i)
	{
		double rvecDiff = norm(rvecs[i], trueRvec, cv::NORM_L2);
		double tvecDiff = norm(tvecs[i], trueTvec, cv::NORM_L2);
		isTestSuccess = rvecDiff < 1.0e-4 && tvecDiff < 1.0e-4;
		error = std::min(error, std::max(rvecDiff, tvecDiff));
		std::cout << "i: " << i << std::endl;
		std::cout << "error: " << error << std::endl;
		std::cout << "rvec: " << rvecs[i] << std::endl;

	}

	system("pause");
	return 0;
}
int main()
{
	std::vector<cv::Point3f> points;
	points.resize(500);
	generate3DPointCloud(points);


	std::vector<cv::Mat> rvecs, tvecs;
	cv::Mat trueRvec, trueTvec;
	cv::Mat intrinsics, distCoeffs;

	generateCameraMatrix(intrinsics, cv::RNG());
	generateDistCoeffs(distCoeffs, cv::RNG());

	generatePose(trueRvec, trueTvec, cv::RNG());

	std::vector<cv::Point3f> opoints;
	//opoints = std::vector<cv::Point3f>(points.begin(), points.begin() + 4);
	opoints = std::vector<cv::Point3f>(points.begin(), points.end());

	std::vector<cv::Point2f> projectedPoints;
	projectedPoints.resize(opoints.size());
	projectPoints(cv::Mat(opoints), trueRvec, trueTvec, intrinsics, distCoeffs, projectedPoints);

	cv::RNG rng = cv::RNG();
	for (size_t i = 0; i < projectedPoints.size(); i++)
	{
		if (i % 100 == 0)
		{
			projectedPoints[i] = projectedPoints[rng.uniform(0, (int)points.size() - 1)];
		}
	}

	std::cout << "intrinsics: " << intrinsics << std::endl;
	std::cout << "distcoeffs: " << distCoeffs << std::endl;
	std::cout << "trueRvec: " << trueRvec << std::endl;
	std::cout << "trueTvec: " << trueTvec << std::endl;

	//std::cout << "oPoint: " << opoints << std::endl;
	//std::cout << "projectedPoints: " << projectedPoints << std::endl;



	//solveP3P(opoints, projectedPoints, intrinsics, distCoeffs, rvecs, tvecs, cv::SOLVEPNP_AP3P);
	cv::Mat rvec, tvec;
	solvePnP(opoints, projectedPoints, intrinsics, distCoeffs, rvec, tvec, false, CV_EPNP);


	std::cout << rvec << "---" << norm(rvec - trueRvec) << std::endl;
	std::cout << tvec << std::endl;


	std::cout << "---------------Ransac--------------------" << std::endl;
	solvePnPRansac(opoints, projectedPoints, intrinsics, distCoeffs, rvec, tvec, false, 100, 2);
	std::cout << rvec << "---" << norm(rvec - trueRvec) << std::endl;
	std::cout << tvec << std::endl;
	system("pause");
}

代码from:https://blog.csdn.net/xuelangwin/article/details/80847337做适当修改。

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/qq_30815237/article/details/87606687

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