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最近在做雙目測距，覺得有必要記錄點東西，所以我的第一篇博客就這麼誕生啦~
雙目測距屬於立體視覺這一塊，我覺得應該有很多人踩過這個坑了，但網上的資料依舊是雲裏霧裏的，要麼是理論講一大堆，最後發現還不知道怎麼做，要麼就是直接代碼一貼，讓你懵逼。 所以今天我想做的，是儘量給大家一個明確的闡述，並且能夠上手做出來。
一、 標定
首先我們要對攝像頭做標定，具體的公式推導在learning opencv中有詳細的解釋，這裏順帶提一句，這本書雖然確實老，但有些理論、算法類的東西里面還是講的很不錯的，必要的時候可以去看看。
Q1：爲什麼要做攝像頭標定？
A: 標定的目的是爲了消除畸變以及得到內外參數矩陣，內參數矩陣可以理解爲焦距相關，它是一個從平面到像素的轉換，焦距不變它就不變，所以確定以後就可以重複使用，而外參數矩陣反映的是攝像機座標系與世界座標系的轉換，至於畸變參數，一般也包含在內參數矩陣中。從作用上來看，內參數矩陣是爲了得到鏡頭的信息，並消除畸變，使得到的圖像更爲準確，外參數矩陣是爲了得到相機相對於世界座標的聯繫，是爲了最終的測距。
ps1：關於畸變，大家可以看到自己攝像頭的拍攝的畫面，在看矩形物體的時候，邊角處會有明顯的畸變現象，而矯正的目的就是修復這個。
ps2：我們知道雙目測距的時候兩個相機需要平行放置，但事實上這個是很難做到的，所以就需要立體校正得到兩個相機之間的旋轉平移矩陣，也就是外參數矩陣。
Q2：如何做攝像頭的標定？
A：這裏可以直接用opencv裏面的sample，在opencv/sources/sample/cpp裏面，有個calibration.cpp的文件，這是單目的標定，是可以直接編譯使用的，這裏要注意幾點：
1.棋盤
棋盤也就是標定板是要預先打印好的，你打印的棋盤的樣式決定了後面參數的填寫，具體要求也不是很嚴謹，清晰能用就行。之所用棋盤是因爲他檢測角點很方便，and..你沒得選。。
2. 參數
一般設置爲這個樣子：-w 6 -h 8 -s 2 -n 10 -o camera.yml -op -oe [<list_of_views.txt>] ，這是幾個重要參數的含義：
-w <board_width> # 圖片某一維方向上的交點個數
-h <board_height> # 圖片另一維上的交點個數
[-n <number_of_frames>] # 標定用的圖片幀數
[-s <square_size>] # square size in some user-defined units (1 by default)
[-o <out_camera_params>] # the output filename for intrinsic [and extrinsic] parameters
[-op] # write detected feature points
[-oe] # write extrinsic parameters
可以發現 -w -h是棋盤的長和高，也就是有幾個黑白交點，-s是每個格子的長度，單位是cm
長和高一定要數對，不然程序在識別角點的時候會識別不出來的。
最終得到的yml文件，就是單目標定的參數矩陣，之後使用它就可以得到校正後的圖像啦。
3. 需要對程序做一些修改，這是我遇到的問題，就是他的讀取攝像頭的代碼在我這邊沒有用，所以我自己重新修改了，不知道大家會 不會碰到這個問題。
然後就是雙目標定了，同樣的地方，找到stereo_calib.cpp，這個參數比較簡單，只要確定長、寬和輸入的一個xml文件（在之前 的文件夾裏面），這個文件是爲了讀取圖片用的，你需要自己用固定好的雙目攝像頭拍14對棋盤圖片，命名爲 left01,right01......這樣 一系列的名字，另外，最簡單的方法就是把自己拍的照片放到相應的工程下，以及stereo開頭的那個xml文件也複製過去這個程序代碼 並不複雜，可以稍微研究一下，工程向的代碼確實嚴謹，各種情況都考慮到了，比起自己之前做的那個小項目不知道高到哪裏去了
這裏也有幾個注意點（坑）：
1.老生常談的問題，長寬一定要寫對！！！ 這個不多說了，都是淚。
2.代碼的核心函數 static void StereoCalib(const vector<string>& imagelist, Size boardSize, bool useCalibrated=true, bool showRectified=true)，注意搞清楚參數的意義，因爲我是用的單目標定好的攝像頭拍攝的圖片，不需要再校正了，所以第三個參數要用false，這樣最後的結果才能看，不說了，都是淚...
3.另外注意到計算rms誤差的時候，結束條件的幾個參數是可以調整的，
double rms = stereoCalibrate(objectPoints, imagePoints[0], imagePoints[1],
cameraMatrix[0], distCoeffs[0],
cameraMatrix[1], distCoeffs[1],
imageSize, R, T, E, F,
TermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER+CV_TERMCRIT_EPS, 100, 1e-5),
CV_CALIB_FIX_ASPECT_RATIO +CV_CALIB_ZERO_TANGENT_DIST +CV_CALIB_SAME_FOCAL_LENGTH
+CV_CALIB_RATIONAL_MODEL +CV_CALIB_FIX_K3 + CV_CALIB_FIX_K4 + CV_CALIB_FIX_K5)
下面這段話是某度百科上的：
void loadCameraParams(Mat &cameraMatrix, Mat &distCoeffs)
{
FileStorage fs("camera.yml", FileStorage::READ);//這個名字就是你之前校正得到的yml文件
fs["camera_matrix"] >> cameraMatrix;
fs["distortion_coefficients"] >> distCoeffs;
}
Mat calibrator(Mat &view)//需要校正處理的圖片
{
vector<string> imageList;
static bool bLoadCameraParams = false;
static Mat cameraMatrix, distCoeffs, map1, map2;
Mat rview;
Size imageSize, newImageSize;
if (!view.data)
return Mat();
imageSize.width = view.cols;
imageSize.height = view.rows;
newImageSize.width = imageSize.width;
newImageSize.height = imageSize.height;
if (bLoadCameraParams == false)
{
loadCameraParams(cameraMatrix, distCoeffs);
bLoadCameraParams = true;
initUndistortRectifyMap(cameraMatrix, distCoeffs, Mat(),
getOptimalNewCameraMatrix(cameraMatrix, distCoeffs, imageSize, 1, newImageSize, 0), newImageSize, CV_16SC2, map1, map2);
}
//undistort( view, rview, cameraMatrix, distCoeffs, cameraMatrix );
remap(view, rview, map1, map2, INTER_LINEAR);
imshow("左圖", rview);
//int c = 0xff & waitKey();
rview.copyTo(view);
return view;
}
這樣最後就可以得到校正後消除畸變的圖片。
OK，接下來顯然就是雙目啦，雙目校正之後的工作就比較多了，我準備另開一節來說...
二、立體匹配
這是一個很大的題目，網上的資料也很多，所以我想說的是我的一些理解。
這裏最好的方法是從後往前說，我們首先需要理解測距的原理。這個很多人看了一大堆還不明白（其實只有我自己吧..），相似三角形測距，這種東西小學生都能搞清楚，但兩攝像頭到底怎麼做到的，就是我們需要搞清楚的。
首先需要搞清楚一個非常重要的概念，視差，搞清楚視差，後面的就簡單了 ，老生常談的問題我不想多說，網上那些一大堆，我希望給大家的是一些明瞭的東西
這三幅圖看明白了就行，其實視差確實很簡單，但很多人都沒去理清楚，第一幅圖是三維世界的一個點在兩個相機的成像，我們可以相信的是，這兩個在各自相機的相對位置基本不可能是一樣的，而這種位置的差別，也正是我們眼睛區別3D和2D的關鍵，將右邊的攝像機投影到左邊，怎麼做呢？因爲他的座標和左邊相機的左邊相距Tx（標定測出來的外參數），所以它相當於在左邊的相機對三維世界內的（x-tx,y,z）進行投影，所以這時候，一個完美的形似三角形就出來，這裏視差就是d=x-x‘，
得到視差以後，再用相似三角形......也就得到了深度也就是距離啦。
結束了麼？？並沒有....這樣做確實很完美，但是問題來了：1.當我在左邊相機確定一個點的時候，我怎麼在右邊找到這個點? 2.我左邊點所在的行一點跟右邊點所在的行上的像素一定完全一樣麼？
解決第一個問題的方法就是立體匹配了。
Q1：立體匹配是什麼，怎麼進行立體匹配？
A：簡單的回答就是：立體匹配就是解決上面問題的東西啦....其實我覺得這樣就是也夠了，有些成熟的算法，未必需要鑽研太深，畢竟我這種實在的菜雞，還是工程導向的..學術的事，日後再說！
opencv中提供了很多的立體匹配算法，類似於局部的BM，全局的SGBM等等，這些算法的比較大概是，速度越快的效果越差，如果不是很追究時效性，並且你的校正做的不是很好的話..推薦使用SGBM，算法的具體原理大家可以去百度，不難。這裏我想提一下的是爲什麼做立體匹配有用，原因就是極線約束，這也是個很重要的概念，理解起來並不難，左攝像機上的一個點，對應三維空間上的一個點，當我們要找這個點在右邊的投影點時，有必要把這個圖像都遍歷一邊麼，當然不用...
如上圖，顯然，PL對應的P這個點一定在一條極線上，只要在這條線上找就行了，更明顯的是下面這個圖：
最後，怎麼在opencv裏面實現呢..機智的我又找到了sample..找到stereo_match.cpp這個文件，命令行設置爲：left01.jpg right02.jpg --algorithm=hh --blocksize=5 --max-disparity=256 --scale=1.0 --no-display -i intrinsics.yml -e extrinsics.yml -o disparity.jpg同意給幾個建議：
1.參數的意義：
-max-disparity 是最大視差，可以理解爲對比度，越大整個視差的range也就越大，這個要求是16的倍數
--blocksize 一般設置爲5-29之間的奇數，應該是局部算法的窗口大小。
另，注意帶上參數-i intrinsics.yml -e extrinsics.yml，畢竟咱有校正參數...
2.後面有兩行代碼：
reprojectImageTo3D(disp, xyz, Q, true);
saveXYZ(point_cloud_filename, xyz);
這個就是得到圖片的三維座標，Z也就是我們最終要求的深度啦。
第二個問題，行和行是對應的麼？ 之前我們說過，雙目校正的目的就是爲了得到兩個平行的攝像頭，所以當程序運行完畢以後，它會把兩幅圖像顯示出來，並作出一系列的平行線，這樣你會看到線上的點大致是呈對應關係，左邊的角點對應右邊的交點，所以，經過匹配和校正後，是對應的。
三、總結
雙目拖了很久，一直沒做，最重要的原因就是...我沒有兩個一樣的攝像頭，所以最後也沒有貼出效果圖，因爲兩個不一樣的攝像頭，做出來的東西畫面太美我不敢看，不過最終搞清楚了整個流程和原理，還是比較開心的。這裏面像校正和匹配的算法，我只是有所理解，因爲以後不一定走3D這一塊，所以也沒有過去深入，如果用到在去研究，其實也不晚..總之，第一篇博客，完工啦~