双目相机标定及高精度测量方法，含c++和python代码说明

视觉测量定位中，双面相机高精度标定是一个重要的步骤。下面是关于如何进行双面相机高精度标定的说明和C++和Python代码实现。

1. 双面相机高精度标定的原理

双面相机高精度标定的目的是确定相机内部参数和外部参数。其中，内部参数包括焦距、主点和畸变系数等，外部参数包括旋转矩阵和平移向量等。

标定过程中需要使用一组已知的三维空间点和它们在两个相机中的对应二维图像点。通过求解内部参数和外部参数，可以得到两个相机之间的转换矩阵，从而实现双目视觉测量。

2. 双面相机高精度标定的步骤

双面相机高精度标定的步骤如下：

- 采集图像：在不同的位置和角度下，采集双目相机的图像。
- 特征提取：对采集到的图像进行特征提取，得到特征点。
- 特征匹配：将左右两个相机采集到的图像中的特征点进行匹配。
- 计算基础矩阵：根据特征点的匹配关系，计算两个相机之间的基础矩阵。
- 计算相机内参：通过对已知的三维空间点和它们在两个相机中的对应二维图像点进行求解，得到相机的内部参数。
- 计算相机外参：通过已知的三维空间点和它们在两个相机中的对应二维图像点，以及相机的内部参数，计算相机的外部参数。
- 计算转换矩阵：根据相机的内部参数和外部参数，计算两个相机之间的转换矩阵。

3. 双面相机高精度标定的C++代码实现

以下是使用OpenCV库实现双面相机高精度标定的C++代码示例：

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>
 
using namespace cv;
using namespace std;
 
int main()
{
    // 读取图像
    Mat img1 = imread("left.jpg");
    Mat img2 = imread("right.jpg");
 
    // 特征提取与匹配
    Ptr<ORB> orb = ORB::create();
    vector<KeyPoint> keypoints1, keypoints2;
    Mat descriptors1, descriptors2;
    orb->detectAndCompute(img1, Mat(), keypoints1, descriptors1);
    orb->detectAndCompute(img2, Mat(), keypoints2, descriptors2);
    BFMatcher bf(NORM_HAMMING, true);
    vector<DMatch> matches;
    bf.match(descriptors1, descriptors2, matches);
 
    // 计算基础矩阵
    vector<Point2f> points1, points2;
    for (int i = 0; i < matches.size(); i++)
    {
        points1.push_back(keypoints1[matches[i].queryIdx].pt);
        points2.push_back(keypoints2[matches[i].trainIdx].pt);
    }
    Mat fundamental_matrix = findFundamentalMat(points1, points2, FM_RANSAC);
 
    // 计算相机内参和外参
    vector<vector<Point3f>> object_points(1);
    vector<vector<Point2f>> image_points1(1), image_points2(1);
    for (int i = 0; i < 7; i++)
        for (int j = 0; j < 9; j++)
            object_points[0].push_back(Point3f(j * 0.03f, i * 0.03f, 0));
    image_points1[0] = vector<Point2f>(keypoints1.size());
    image_points2[0] = vector<Point2f>(keypoints2.size());
    for (int i = 0; i < keypoints1.size(); i++)
    {
        image_points1[0][i] = keypoints1[i].pt;
        image_points2[0][i] = keypoints2[i].pt;
    }
    Mat camera_matrix1, dist_coeffs1, camera_matrix2, dist_coeffs2;
    Mat R, T, E, F;
    vector<Mat> rvecs, tvecs;
    double rms = stereoCalibrate(object_points, image_points1, image_points2,
        camera_matrix1, dist_coeffs1, camera_matrix2, dist_coeffs2,
        img1.size(), R, T, E, F,
        CALIB_FIX_INTRINSIC + CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS + CALIB_FIX_FOCAL_LENGTH + CALIB_FIX_PRINCIPAL_POINT,
        TermCriteria(TermCriteria::COUNT + TermCriteria::EPS, 100, 1e-5));
    cout << "RMS error: " << rms << endl;
}

在以上代码中，我们同样使用了ORB算法进行特征提取和匹配，使用了RANSAC算法进行基础矩阵的计算，使用了stereoCalibrate函数进行相机内参和外参的计算。

需要注意的是，以上代码中的相机内参和外参的计算需要提供三维空间点和它们在两个相机中的对应二维图像点，这里我们使用了一个简单的棋盘格模型来代替实际场景中的三维空间点。实际上，双面相机高精度标定需要使用更加丰富的场景和数据来进行计算。

4. 双面相机高精度标定的Python代码实现

 以下是使用OpenCV库实现双面相机高精度标定的Python代码示例：

import cv2
import numpy as np
 
# 读取图像
img1 = cv2.imread('left.jpg')
img2 = cv2.imread('right.jpg')
 
# 特征提取与匹配
orb = cv2.ORB_create()
keypoints1, descriptors1 = orb.detectAndCompute(img1, None)
keypoints2, descriptors2 = orb.detectAndCompute(img2, None)
bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)
matches = bf.match(descriptors1, descriptors2)
 
# 计算基础矩阵
points1 = np.float32([keypoints1[m.queryIdx].pt for m in matches]).reshape(-1, 1, 2)
points2 = np.float32([keypoints2[m.trainIdx].pt for m in matches]).reshape(-1, 1, 2)
fundamental_matrix, mask = cv2.findFundamentalMat(points1, points2, cv2.FM_RANSAC)
 
# 计算相机内参和外参
object_points = np.zeros((9*7, 3), np.float32)
object_points[:, :2] = np.mgrid[0:9, 0:7].T.reshape(-1, 2)
image_points1 = [cv2.cornerSubPix(cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2GRAY), np.float32([kp.pt]), (3, 3), (-1, -1), criteria) for kp in keypoints1]
image_points1 = np.array(image_points1).reshape(-1, 1, 2)
image_points2 = [cv2.cornerSubPix(cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY), np.float32([kp.pt]), (3, 3), (-1, -1), criteria) for kp in keypoints2]
image_points2 = np.array(image_points2).reshape(-1, 1, 2)
retval, camera_matrix1, dist_coeffs1, camera_matrix2, dist_coeffs2, R, T, E, F = cv2.stereoCalibrate(
    [object_points], [image_points1], [image_points2],
    None, None, None, None,
    img1.shape[:2], flags=cv2.CALIB_FIX_INTRINSIC + cv2.CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS + cv2.CALIB_FIX_FOCAL_LENGTH + cv2.CALIB_FIX_PRINCIPAL_POINT)