欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

ROS&OpenCV下单目和双目摄像头的标定与使用

程序员文章站 2022-04-16 20:36:42
...

ROS下单目摄像头的Calibration

安装usb_cam包

sudo apt install ros-melodic-usb-cam*

该包将摄像头的图像通过sensor_msgs::Image消息发布。

启动摄像头

可以用默认的参数启动摄像头:

rosrun usb_cam usb_cam_node

当然也可以配置摄像头的参数。安装好usb_cam包后,在/opt/ros/melodic/share/usb_cam/launch中会存在usb_cam-test.launch文件,在该文件中启动两个ROS节点,usb_cam_node和image_view。在文件里就可以为usb_cam_node配置参数。

roslaunch 

如果成功启动后,会发布一系列的topic。

rostopic list

/usb_cam/image_raw
/usb_cam/image_raw/compressed
...
/usb_cam/camera_info

这里usb_cam是一个名字空间。

显示摄像头图像

rosrun image_view image_view image:=/usb_camera/image_raw

Calibration

运行如下命令进行Calibration:

rosrun camera_calibration cameracalibrator.py --size 8x6 --square 0.0254
image:=/usb_cam/image_raw camera:=/usb_cam

“–size"表示要识别的黑白格阵列的大小,”–square"指定方格的尺寸,我们使用的是A4纸打印的黑白格,尺寸为25.4 mm=0.0254 m。"image"表示使用的是来哪个Topic的图像数据。

校正文件

当校正完成后,校正数据文件会保存在/tmp/calibrationdata.tar.gz文件中,其中的ost.yaml文件便是我们需要关心的。ost.yaml文件可以提取出来改名为任意名称,例如left.yaml或right.yaml。

image_width: 640
image_height: 480
camera_name: narrow_stereo
camera_matrix:
  rows: 3
  cols: 3
  data: [592.094880, 0.000000, 325.609086, 0.000000, 588.924176, 237.070160, 0.000000, 0.000000, 1.000000]
distortion_model: plumb_bob
distortion_coefficients:
  rows: 1
  cols: 5
  data: [0.040292, -0.099853, -0.000439, -0.002026, 0.000000]
rectification_matrix:
  rows: 3
  cols: 3
  data: [1.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 1.000000, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 1.000000]
projection_matrix:
  rows: 3
  cols: 4
  data: [594.086670, 0.000000, 324.612256, 0.000000, 0.000000, 591.877930, 236.914604, 0.000000, 0.000000, 0.000000, 1.000000, 0.000000]

图像的去畸变

有了校正数据后,可以使用image_proc包提供的功能来对摄像头图像进行去畸变。image_proc会从指定的topic上提取相机校正参数,这个topic默认为/xxx_camera/camera_info。这里xxx_camera是名字空间,可以指定。例如:

ROS_NAMESPACE=usb_cam rosrun image_proc image_proc

那么就要确保指定名字空间中有image_raw和camera_info的主题。image_proc会将处理后的图像发布到/xxx_camera/image_rect和image_rect_color。image_rect是灰度图像,image_rect_color是彩色图像。

现在需要解决的是怎么把校正得到的yaml数据文件发布到/xxx_camera/camera_info上去。 对于单目摄像头比较简单,在启动usb_cam时为其指定camera_info_url参数即可,camera_info_url参数则指向校正数据的yaml文件。可以通过修改usb_cam-test.launch文件完成,在其中添加如下:

<param name="camera_info_url" type="string" value="file://$(find usb_cam)/ost.yaml" />
#<param name="camera_info_url" type="string" value="file:///home/arczee/ost.yaml" />

这样在usb_camera启动时就会加载该相机参数文件。其实usb_camera是调用了camera_info_manager包提供的CameraInfoManager类来读取参数文件并发布的。在合成图像方式的双目摄像头处理时就需要用到该CameraInfoManager类。

双目摄像头的Calibration

独立图像的双目摄像头

如果使用的双目摄像头在计算机中是按两个独立的设备呈现的,那么就比较简单,可以分别使用ROS的方法进行Calibration。

合成图像的双目摄像头

如果使用的双目摄像头在计算机上是一个设备,即将两个摄像头的图像合成为了一副图像,则无法直接使用ROS方法进行校正。
解决的方法: 创建一个ROS节点,名为camera_split,读取原始topic中的合成图像,然后将其分解为两个图像后再发布成两个独立的图像Topic。在做Calibration时分别指定不同摄像头图像对应的Topic即可。

但是还是会有一个问题,得到校正数据后,就需要对图像进行calibration的处理。虽然有image_proc包可以进行校正处理,但还是需要为其提供两个相机的参数(假设通过分别calibration得到了left.yaml和right.yaml)。因此camera_split节点还需要读取相机参数文件并将其发布到指定的camera_info Topic上。
ROS&OpenCV下单目和双目摄像头的标定与使用

创建ROS package

catkin_create_pkg camera_split cv_bridge image_transport roscpp sensor_msgs std_msgs camera_info_manager

其中指定了所依赖的包,这些也可以在CMakeLists.txt中进行修改

修改camera_split包的CMakeLists.txt文件

#修改include_directories:
include_directories (
    ${catkin_INCLUDE_DIRS}
    ${OpenCV_INCLUDE_DIRS}
)
#添加可执行文件
add_executable(camera_split_node src/camera_splid.cpp )
#指定链接库
target_link_libraries(camera_splid_node
    ${catkin_LIBRARIES}
    ${OpenCV_LIBRARIES}
)

创建源代码文件

#include <ros/ros.h>
#include <iostream>
#include <image_transport/image_transport.h>
#include <cv_bridge/cv_bridge.h>
#include <sensor_msgs/image_encodings.h>
#include <camera_info_manager/camera_info_manager.h>

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>

using namespace std;

class CameraSplitter
{
public:
	CameraSplitter():nh_("~"),it_(nh_)
	{
		image_sub_ = it_.subscribe("/usb_cam/image_raw", 1, &CameraSplitter::imageCallback, this);
		image_pub_left_ = it_.advertiseCamera("/left_cam/image_raw", 1);
		image_pub_right_ = it_.advertiseCamera("/right_cam/image_raw", 1);
		cinfo_ =boost::shared_ptr<camera_info_manager::CameraInfoManager>(new camera_info_manager::CameraInfoManager(nh_));

		//读取参数服务器参数,得到左右相机参数文件的位置
		string left_cal_file = nh_.param<std::string>("left_cal_file", "");
		string right_cal_file = nh_.param<std::string>("right_cal_file", "");
		if(!left_cal_file.empty())
		{
			if(cinfo_->validateURL(left_cal_file)) {
				cout<<"load left camera info file: "<<left_cal_file<<endl;
				cinfo_->loadCameraInfo(left_cal_file);
				ci_left_ = sensor_msgs::CameraInfoPtr(new sensor_msgs::CameraInfo(cinfo_->getCameraInfo()));
			}
		}
		else
			ci_left_=sensor_msgs::CameraInfoPtr(new sensor_msgs::CameraInfo());
		if(!right_cal_file.empty())
		{
			if(cinfo_->validateURL(right_cal_file)) {
				cout<<"load right camera info file: "<<right_cal_file<<endl;
				cinfo_->loadCameraInfo(right_cal_file);
				ci_right_ = sensor_msgs::CameraInfoPtr(new sensor_msgs::CameraInfo(cinfo_->getCameraInfo()));
			}
		}
		else
			ci_right_=sensor_msgs::CameraInfoPtr(new sensor_msgs::CameraInfo());
	}

	void imageCallback(const sensor_msgs::ImageConstPtr& msg)
	{
		cv_bridge::CvImageConstPtr cv_ptr;
		namespace enc= sensor_msgs::image_encodings;
		cv_ptr= cv_bridge::toCvShare(msg, enc::BGR8);
		//截取ROI(Region Of Interest),即左右图像,会将原图像数据拷贝出来。
		leftImgROI_=cv_ptr->image(cv::Rect(0,0,cv_ptr->image.cols/2, cv_ptr->image.rows));
		rightImgROI_=cv_ptr->image(cv::Rect(cv_ptr->image.cols/2,0, cv_ptr->image.cols/2, cv_ptr->image.rows ));
		//创建两个CvImage, 用于存放原始图像的左右部分。CvImage创建时是对Mat进行引用的,不会进行数据拷贝
		leftImgPtr_=cv_bridge::CvImagePtr(new cv_bridge::CvImage(cv_ptr->header, cv_ptr->encoding,leftImgROI_) );
		rightImgPtr_=cv_bridge::CvImagePtr(new cv_bridge::CvImage(cv_ptr->header, cv_ptr->encoding,rightImgROI_) );

		//发布到/left_cam/image_raw和/right_cam/image_raw
		image_pub_left_.publish(leftImgPtr_->toImageMsg(),ci_left_);
		image_pub_right_.publish(rightImgPtr_->toImageMsg(),ci_right_);
	}

private:
	ros::NodeHandle nh_;
	image_transport::ImageTransport it_;
	image_transport::Subscriber image_sub_;
	image_transport::CameraPublisher image_pub_left_;
	image_transport::CameraPublisher image_pub_right_;
	boost::shared_ptr<camera_info_manager::CameraInfoManager> cinfo_;
	sensor_msgs::CameraInfoPtr ci_left_;
	sensor_msgs::CameraInfoPtr ci_right_;

	cv::Mat leftImgROI_;
	cv::Mat rightImgROI_;
	cv_bridge::CvImagePtr leftImgPtr_=NULL;
	cv_bridge::CvImagePtr rightImgPtr_=NULL;
};

int main(int argc,char** argv)
{
	ros::init(argc,argv, "camera_split");
	CameraSplitter cameraSplitter;
	ros::spin();
	return 0;
}

使用

ROS&OpenCV下单目和双目摄像头的标定与使用

  1. 启动USB摄像头
    在手上有一个质量不太好的双目摄像头,本来有个USB3.0接口,但接上使用不久后就会死掉。所有只能使用它的USB2.0接口。由于传输速度的问题,采用分辨率为1280x480(图像输出),编码为mjpeg。可以将/opt/ros/melodic/share/usb_cam/launch/usb_cam-test.launch复制为binocular.launch进行相应的正确配置。
  2. 分割
rosrun camera_split camera_split_node
  1. 校正
    使用camera_calibration分别对左右摄像头校正。得到left.yaml和right.yaml
  2. 重新运行分割
rosrun camera_split camera_split_node _left_cal_file:=file:///opt/left.yaml _right_cal_file:=file:///opt/right.yaml
  1. 去畸变
ROS_NAMESPACE=left_cam rosrun image_proc image_proc
ROS_NAMESPACE=right_cam rosrun image_proc image_proc