第三节：相机标定基础

相机标定这事儿，说难不难，说简单也不简单。我刚开始做结构光的时候，觉得标定就是拍几张棋盘格照片跑个算法完事。结果呢？第一次重建出来的点云歪歪扭扭，像喝醉了酒。后来才明白——标定是结构光的根基，根基不稳，后面全是白搭。

今天咱们就聊聊张正友标定法、棋盘格怎么做、照片怎么拍。嗯，都是实战中踩过的坑。

3.1 张正友标定法：到底在干什么？

张正友标定法，说白了就是——用一张已知尺寸的棋盘格，通过多角度拍摄，反推出相机的内参和外参。

你想想看，相机把三维世界投影到二维图像上，这个过程是有数学模型的。我们想知道的，就是那个模型的参数：焦距、主点、畸变系数等等。张正友的方法妙就妙在——你不需要知道相机在空间中的精确位置，只需要棋盘格是平的、格子尺寸已知就行。

核心流程其实就四步：

1. 检测角点：从图像里找到棋盘格的内角点
2. 计算单应矩阵：每张图都能算出一个从棋盘格平面到图像平面的映射
3. 求解内参：利用多个单应矩阵的约束，解出相机内参
4. 优化畸变：考虑镜头畸变，做非线性优化

这里我画了一张流程图，帮你理清张正友标定法的整体逻辑：

3.2 棋盘格制作要求：别在这上面省钱

棋盘格看着简单，但坑特别多。我见过有人用A4纸打印贴在墙上，结果纸皱了，标定出来焦距偏了5%。

这里列几个硬性要求：

项目	要求	原因
材质	陶瓷基板或玻璃基板	热胀冷缩小，不易变形
打印精度	≥600dpi，建议1200dpi	角点位置精度直接影响标定
棋盘格尺寸	每个格子边长10~30mm	太小看不清，太大覆盖不了视场
内角点数量	建议9×7或11×8	太少约束不够，太多检测易出错
黑白对比度	黑白分明，无反光	角点检测需要清晰边缘

另外，棋盘格要贴在绝对平整的平面上。我习惯用玻璃板加双面胶，贴好后用直尺检查有没有气泡。嗯，这一步别偷懒。

3.3 标定图片采集规范：角度、距离、光照

照片拍得好不好，直接决定标定质量。我见过有人拍了50张，结果全是正面拍的，标定出来畸变参数完全不对。

3.3.1 角度要求

说白了，你要让棋盘格在相机视场里「动起来」：

• 俯仰角：从-45°到+45°均匀分布
• 偏转角：左右各30°以上
• 旋转角：绕光轴旋转0°、90°、180°各拍几张
• 避免：所有照片角度太接近，那等于只拍了一张

你想想看，如果所有照片都是正面拍的，那畸变参数怎么解？镜头边缘的畸变信息根本采集不到。

3.3.2 距离要求

距离变化也很关键：

• 工作距离附近：在你实际使用相机的距离范围内多拍
• 远近结合：从最近到最远，覆盖整个景深范围
• 棋盘格占比：每张图中棋盘格占画面1/4到1/2
• 注意：太远时角点会模糊，太近时可能超出视场

3.3.3 光照要求

光照问题，我吃过亏。有一次在实验室标定好好的，拿到产线就崩了。为什么？光照变了。

• 均匀照明：避免强光斑和阴影
• 避免反光：棋盘格表面不能有镜面反射
• 亮度适中：黑白格子灰度差＞100（8位图）
• 环境光稳定：不要在闪烁的日光灯下拍

这里给个具体的操作建议：

# 标定图片采集检查清单
1. 总张数：15~25张
2. 角度覆盖：俯仰±45°，偏转±30°
3. 距离覆盖：工作距离±30%
4. 光照检查：无高光、无阴影、均匀
5. 清晰度：角点边缘锐利，无运动模糊
6. 棋盘格位置：尽量分布在画面各个区域

3.4 标定结果验证：别急着用

标定完别急着往下走。我习惯做三件事验证：

1. 重投影误差：平均误差＜0.2像素算优秀，＜0.5像素可接受
2. 畸变矫正预览：把一张照片做畸变矫正，看看直线是不是变直了
3. 重复性测试：同一位置拍两次，标定结果差异＜1%

好了，相机标定这块就聊到这儿。记住一句话：标定做得有多细，重建就有多准。别嫌麻烦，这一步值得花时间。

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