定位系统中相机倾斜的程序化校正

Question

快速介绍：

我们正在开发一个定位系统，它的工作方式如下。我们的摄像头位于机器人上，指向上方(看着天花板)。在天花板上，我们有像地标一样的东西，多亏了他，我们才能计算出机器人的位置。它看起来是这样的：

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我们的问题：

相机有点倾斜(我想是0-4度)，因为机器人的表面不是完全平坦的。这意味着，当机器人转身但保持在相同的坐标上时，摄像头会看着天花板上的不同位置，因此我们的定位程序会产生机器人的不同位置，即使它只转过身来，没有一点移动。

我们当前的(硬编码)解决方案：

我们用相机拍摄了一些测试照片，让它绕着镜头轴旋转。从图片中我们可以推断出它在图片的“向上方向”上倾斜了大约4度。使用一些简单的几何变换，我们已经设法减少了倾斜效果，并找到了真实的相机位置。在下面的图片中，灰点标记了图片的中心，黑点是相机所在的天花板上的真实位置。黑点是从灰点转换而来的(其位置是通过校正灰点位置来计算的)。你可以很容易地注意到，灰色的圆点在天花板上形成了一个圆圈，黑点是这个圆圈的中心。

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我们解决方案的问题是：

我们的方法是完全不可移植的。如果我们把相机移到一个新的机器人上，倾斜的角度和方向必须完全重新校准。因此，我们希望将校准阶段留给用户，这将要求拍摄一些照片，由他评估倾斜参数，然后在程序中设置它们。我的问题是:你能想出更好的(更自动化的)解决方案来计算倾斜参数或校正图片上的倾斜吗？

Answer 1

干得好。自动校准是一个很好的挑战。

一个想法是使用屋顶瓦片上的平行线:如果相机完全水平，那么所有的线在图片中也将是平行的。如果相机是倾斜的，那么所有的线都将是割线(它们在消失点相交)。

现在，这可能很难实现。对于你正在使用的相机，需要首先校正失真，以便线条确实是直的。

您的实际方法可能更简单、更健壮。正如你所描述的，它似乎可以自动变得对用户友好。让机器人自动启动，并务实地识别图片中哪个点保持在同一位置。