Matlab双目相机标定

Posted 2023-03-31 indigo love

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Matlab双目相机标定相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1 概述

现在有许多双目相机在出厂时就已经标定好了，用户拿到手后可以直接使用，例如Intel Realsense系列。但是有些相机出厂的时候并没有完成标定工作，因而这个时候就需要我们自己来标定。由于笔者曾改装过一个双目相机，最远可以测至50m，因此有一些心得体会想给大家分享一下。本文主要介绍双目相机标定的整个过程，以及导出标定数据的方法。

相机标定主要分为手动标定和自动标定，手动标定比较繁琐，这里主要介绍基于matlab工具箱的自动标定方式来对双目相机进行标定。具体的相关标定细节也可以参照这篇博客：matlab双目标定（详细过程），里面有详细介绍。

2 Matlab工具箱标定

首先需要准备一张棋盘，如下图所示。对于标定不同测距范围相机所用的棋盘方格宽度会有所不同。对于短焦双目相机（测距范围在20m以内），棋盘中方格的宽度达到20mm即可；对于长焦双目相机（测距范围在40m左右），棋盘中方格的宽度需要尽量大，否则会影响标定的精度，一般至少达到60mm。

笔者在标定长焦相机时方格长宽选择60mm。然后运行项目文件中photo.py脚本文件对棋盘进行多角度拍摄，每按下一次s键,会保存一组左右镜头的照片，照片保存的路径参数可以由用户自由设定，参数名为folder。

# !/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
import cv2
import time

AUTO = False  # 自动拍照，或手动按s键拍照
INTERVAL = 2  # 自动拍照间隔

cap = cv2.VideoCapture(0 + cv2.CAP_DSHOW)  # windows下开启摄像头是采用如下语句(微软特有):cv2.VideoCapture( camera_number + cv2.CAP_DSHOW)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 2560)  # 设置双目的宽度
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 720)  # 设置双目的高度

# 显示缓存数
# print(cap.get(cv2.CAP_PROP_BUFFERSIZE))
# 设置缓存区的大小
# cap.set(cv2.CAP_PROP_BUFFERSIZE, 1)

print(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
print(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))

#设置FPS
# print('setfps', cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, 25))
# print(cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS))

counter = 0
utc = time.time()
folder = "images/"  # 拍照文件目录


def shot(pos, frame):
    global counter
    path = folder + pos + "_" + str(counter) + ".jpg"
    cv2.imwrite(path, frame)
    print("snapshot saved into: " + path)


while True:
    ret, frame = cap.read()

    if not ret:
        print("camera is not connected!")
        break

    left_frame = frame[0:720, 0:1280]
    right_frame = frame[0:720, 1280:2560]

    cv2.imshow("left", left_frame)
    cv2.imshow("right", right_frame)

    now = time.time()
    if AUTO and now - utc >= INTERVAL:
        shot("left", left_frame)
        shot("right", right_frame)
        counter += 1
        utc = now

    key = cv2.waitKey(1)
    if key == ord("q"):
        break
    elif key & 0xFF == ord("s"):
        shot("left", left_frame)
        shot("right", right_frame)
        counter += 1

cap.release()

注意尽量拍摄多组照片，这样可以提高标定效果，标定效果的好坏直接影响到测距的精度。对于短焦相机通常拍摄40组照片即可；长焦相机通常会需要更多组照片，笔者在标定长焦相机时拍摄了60组。

照片拍摄好后，进入matlab标定工具箱，如下图所示。注意：不要选择matlab2020b版本，笔者测试过该版本无法正常使用标定工具箱，可以使用matlab2020a版本。

其中Stero Camera Cailbrator为双目标定工具箱，Camera Cailbrator为单目相机标定工具箱，因此这里选择Stero Camera Cailbrator工具箱。进入工具箱以后，选择Add Images。然后选择左右相机照片的路径，Size of checkerboard square为棋盘中每一个方格的长度，单位为毫米，一定要准确测量方格的长度，如下图所示。

点击确定以后，Radial Distortion Compute选择3 Coefficients和Tangential Distortion，然后点击Calibrate进行校准。不过校准前需要剔除一些原点不一致的点，保证所有照片的原点一致。校准过程中可以可以Reprojection Errors曲线，降低误差，如下图所示。

3 导出标定数据

标定好后将标定数据导入到工作空间，点击Export Camera Parameters即可。此时我们已经拿到标定数据了，为了避免手工获取数据时出错，笔者写了一个脚本可以直接获取标定数据，并保存到表格文件中，之后直接复制粘贴即可。

rowName = cell(1,10);
rowName1,1 = '平移矩阵';
rowName1,2 = '旋转矩阵';
rowName1,3 = '相机1内参矩阵';
rowName1,4 = '相机1径向畸变';
rowName1,5 = '相机1切向畸变';
rowName1,6 = '相机2内参矩阵';
rowName1,7 = '相机2径向畸变';
rowName1,8 = '相机2切向畸变';
rowName1,9 = '相机1畸变向量';
rowName1,10 = '相机2畸变向量';
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,1),1,'A1');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,2),1,'A2');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,3),1,'A5');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,4),1,'A8');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,5),1,'A9');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,6),1,'A10');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,7),1,'A13');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,8),1,'A14');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,9),1,'A15');
xlswrite('out.xlsx',rowName(1,10),1,'A16');
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.TranslationOfCamera2,1,'B1');  % 平移矩阵
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.RotationOfCamera2.',1,'B2');  % 旋转矩阵
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.CameraParameters1.IntrinsicMatrix.',1,'B5');  % 相机1内参矩阵
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.CameraParameters1.RadialDistortion,1,'B8');  % 相机1径向畸变(1,2,5)
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.CameraParameters1.TangentialDistortion,1,'B9');  % 相机1切向畸变(3,4)
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.CameraParameters2.IntrinsicMatrix.',1,'B10');  % 相机2内参矩阵
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.CameraParameters2.RadialDistortion,1,'B13');  % 相机2径向畸变(1,2,5)
xlswrite('out.xlsx',stereoParams.CameraParameters2.TangentialDistortion,1,'B14');  % 相机2切向畸变(3,4)
xlswrite('out.xlsx',[stereoParams.CameraParameters1.RadialDistortion(1:2), stereoParams.CameraParameters1.TangentialDistortion,...
    stereoParams.CameraParameters1.RadialDistortion(3)],1,'B15');  % 相机1畸变向量
xlswrite('out.xlsx',[stereoParams.CameraParameters2.RadialDistortion(1:2), stereoParams.CameraParameters2.TangentialDistortion,...
    stereoParams.CameraParameters2.RadialDistortion(3)],1,'B16');  % 相机2畸变向量

标定数据文件保存的路径即为当前程序的路径，要想保存到其他路径直接修改脚本中的路径即可，导出的参数如下图所示。

将表格中的数据复制到双目相机配置文件中，其中相机1内参复制到left_camera_matrix中，相机1畸变复制到left_distortion中，相机2内参复制到right_camera_matrix中，相机2畸变复制到right_distortion中，旋转矩阵复制到R中，转移矩阵复制到T中，如下图所示。

至此，双目标定部分就已经完成。注意：标定时照片的尺寸与测距时照片的尺寸一定要保持一致。

OpenCV C++双目摄像头实现双目测距

本篇博文是《双目摄像头实现双目测距（Python）》的续作，我们将搭建一个OpenCV C++版本的双目三维重建系统。由于我们只考虑三维重建实现双目测距效果，因而去除了PCL和Open3d库三维显示效果，但依然保留了视差图，深度图等可视化效果，用户可以通过鼠标点击图像，即可获得对应的世界坐标以及深度距离信息。

从效果来看，C++版本的双目测距和Python版本的效果几乎一致，性能更优，速度更快，基本可以达到工业级别测距精度，可在Linux开发板运行，非常适合应用于无人机，智能小车测距避障等场景。

来~先看一下Demo的效果图（鼠标点击，终端会打印对应距离信息）：

OpenCV C++双目摄像头实现双目测距主要支持：

支持双USB连接线的双目摄像头
支持使用WLS滤波器对视差图进行滤波
支持双目测距(鼠标点击图像即可获得其深度距离)
提供配套的opencv-4.3.0和opencv_contrib-4.3.0源码（需要自己编译）
相比Python版本，C++版本性能更优，速度更快，可在Linux开发板运行，非常适合应用于无人机，智能小车测距避障等场景。
简单运行，项目源码只在Ubuntu 18.04系统进行了验证；第三方依赖库只有opencv和opencv_contrib，如果你在Windows系统开发，请在Windows平台配置好opencv和opencv_contrib开发环境；

诚然，网上有很多C++版本双测距的代码，但项目都不是十分完整，而且恢复视差图效果也一般，难以达到商业实际应用，究其原因，主要有下面几个：

双目摄像头质量问题，
双目标定存在问题，导致校准误差较大
没有使用WLS滤波器对视差图进行滤波，该方法可以极大提高视差图的效果

双目测距Demo视频

如果你需要Python版本的双目测距，请查看鄙人另一篇博客《双目三维重建系统(双目标定+立体校正+双目测距+点云显示)Python》

本篇将着重介绍OpenCV C++项目实现双目测距的过程，关于双目相机标定+双目校正+双目匹配等内容，请查看鄙人另一篇博客《双目三维重建系统(双目标定+立体校正+双目测距+点云显示)Python》

【项目源码下载地址】OpenCV C++双目摄像头实现双目测距

【尊重原则，转载请注明出处】https://panjinquan.blog.csdn.net/article/details/127446435

1.目录结构

.
├── configs          # 相机参数文件
├── data             # 相机采集的数据
├── docs             # 一些文档图片
├── src              # C++源码
├── build.sh         # 构建build脚本
├── main.cpp         # 主程序
├── CMakeLists.txt   # CMake文件
└── README.md        # 说明文档

2.依赖库

系统平台：Ubuntu 18.04
opencv-4.3.0 (opencv-3.4.0以上亦可)
opencv_contrib-4.3.0 (opencv_contrib-3.4.0以上亦可)，WLS滤波器需要用到opencv_contrib库

opencv安装教程，请参考文章：Ubuntu18.04安装opencv和opencv_contrib

PS: 需确保opencv和opencv_contrib的版本号一致，避免版本差异导致编译错误。

项目源码只在Ubuntu 18.04系统进行了验证；第三方依赖库只有opencv和opencv_contrib，如果你在Windows系统开发，请在Windows平台配置好opencv和opencv_contrib开发环境；

3.双目相机标定

(1)双目相机标定-Python版

请参考鄙人另一篇博客，无需Matlab，即可进行相机标定：双目三维重建系统(双目标定+立体校正+双目测距+点云显示)Python

该方法双目标定完成后，会得到一个双目相机内外参数信息(stereo_cam.yml)文件:

%YAML:1.0
---
size: !!opencv-matrix
   rows: 2
   cols: 1
   dt: d
   data: [ 640., 480. ]
K1: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ 7.6159209686584518e+02, 0., 3.2031427422505453e+02, 0.,
       7.6167321445963728e+02, 2.2467546927337131e+02, 0., 0., 1. ]
D1: !!opencv-matrix
   rows: 1
   cols: 5
   dt: d
   data: [ 3.4834574885170888e-02, -5.5261651661983137e-02,
       5.7491952731614823e-04, -4.2764224824172658e-05,
       1.8477350140315381e-02 ]
K2: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ 7.6327773941976670e+02, 0., 2.8768149948082271e+02, 0.,
       7.6350419442870850e+02, 2.1897333598636970e+02, 0., 0., 1. ]
D2: !!opencv-matrix
   rows: 1
   cols: 5
   dt: d
   data: [ 3.5020972475517692e-02, -4.0770660841280497e-02,
       -4.4231087565750534e-04, -1.0552562170995372e-03,
       -9.7749906830348537e-02 ]
R: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ 9.9999370552351063e-01, 7.8563885326366346e-04,
       3.4600122760633780e-03, -7.9503151737356746e-04,
       9.9999600079883766e-01, 2.7140949167922721e-03,
       -3.4578661403601796e-03, -2.7168286517956050e-03,
       9.9999033095517087e-01 ]
T: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 1
   dt: d
   data: [ -6.0005833133148414e+01, 1.7047017063672587e-01,
       6.0300223404957642e-01 ]
E: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ -1.1005724987007073e-04, -6.0346296076620343e-01,
       1.6883191705475561e-01, 3.9550629985097430e-01,
       -1.6255182474732952e-01, 6.0007339329190145e+01,
       -1.2276256904913259e-01, -6.0005727085740176e+01,
       -1.6345135556766910e-01 ]
F: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ -6.7250769136371160e-10, -3.6870834234286016e-06,
       1.6143104894409041e-03, 2.4160347372858321e-06,
       -9.9287680075344234e-07, 2.7862421257891157e-01,
       -1.1014218394645766e-03, -2.7856049650040260e-01, 1. ]
R1: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ 9.9997618806974742e-01, -2.0278309638726887e-03,
       -6.5963016213173775e-03, 2.0367881225372914e-03,
       9.9999701250432615e-01, 1.3514719999064883e-03,
       6.5935413581266105e-03, -1.3648750875444691e-03,
       9.9997733090723306e-01 ]
R2: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 3
   dt: d
   data: [ 9.9994547731576255e-01, -2.8407384289991728e-03,
       -1.0048512373976153e-02, 2.8270879178959596e-03,
       9.9999506202764499e-01, -1.3724045434755307e-03,
       1.0052361397026631e-02, 1.3439216883706559e-03,
       9.9994857062992937e-01 ]
P1: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 4
   dt: d
   data: [ 7.3741438842621210e+02, 0., 3.1126281356811523e+02, 0., 0.,
       7.3741438842621210e+02, 2.2189782714843750e+02, 0., 0., 0., 1.,
       0. ]
P2: !!opencv-matrix
   rows: 3
   cols: 4
   dt: d
   data: [ 7.3741438842621210e+02, 0., 3.1126281356811523e+02,
       -4.4251577456670653e+04, 0., 7.3741438842621210e+02,
       2.2189782714843750e+02, 0., 0., 0., 1., 0. ]
Q: !!opencv-matrix
   rows: 4
   cols: 4
   dt: d
   data: [ 1., 0., 0., -3.1126281356811523e+02, 0., 1., 0.,
       -2.2189782714843750e+02, 0., 0., 0., 7.3741438842621210e+02, 0.,
       0., 1.6664137886344466e-02, 0. ]

参数说明：

参数size，对应图像宽高(width,height)
参数K1，对应左目相机内参矩阵(3×3)
参数D1，对应左目相机畸变系数矩阵(5×1)
参数K2，对应右目相机内参矩阵(3×3)
参数D2，对应右目相机畸变系数矩阵(5×1)
参数T，对应双目相机平移向量T(3×1)
参数R，对应双目相机旋转矩阵R(3×3)
至于配置文件中的参数,如R1, R2, P1, P2, Q这些重投影矩阵，可默写即可，不用修改，这些在运行时，会重新计算。

(2)双目相机标定-Matlab版

网上已经存在很多Matlab双目相机标定的教程，请自行百度哈；使用Matlab工具箱进行双目相机标定后，请对应参数进行修改

需要注意的是：旋转矩阵R是(3×3)二维矩阵，而Matlab给出的是旋转向量om(1×3)，请使用cv2.Rodrigues()将旋转向量转为旋转矩阵，参考下面的代码进行转换

    import cv2
    import numpy as np

    # 定义旋转矩阵R，旋转向量om
    R = [[9.9999370551606337e-01, 7.8563882630048958e-04, 3.4600144345510440e-03],
         [-7.9503149273969136e-04, 9.9999600080163187e-01, 2.7140938945082542e-03],
         [-3.4578682997252063e-03, -2.7168276311286426e-03, 9.9999033095047696e-01]]
    R = np.asarray(R)
    print(f"旋转矩阵R:\\n R")
    # 把旋转矩阵R转化为旋转向量om
    om, _ = cv2.Rodrigues(R)
    print(f"旋转向量om:\\n om")
    # 把旋转向量om转换为旋转矩阵R
    R1, _ = cv2.Rodrigues(om)
    print(f"旋转矩阵R1:\\n R1")

4.相机参数配置

双目相机标定完成后，得到了相机内外参数信息
根据自己相机参数定义C++的CameraParam即可
下面C++代码中，定义了双目相机CameraParam变量camera1，用户需要根据自己的双目相机，修改对应的相机内外参数。


/**
 * 双目摄像头的相机参数
 */
struct CameraParam 
int width;           //图像的宽度width
int height;          //图像的高度height
Mat cameraMatrixL;   //左相机内参K1(3×3)
Mat distCoeffL;      //左相机畸变系数D1(5×1)
Mat cameraMatrixR;   //右相机内参K2(3×3)
Mat distCoeffR;      //右相机畸变系数D2(5×1)
Mat T;               //平移向量T(3×1)
Mat R;               //旋转矩阵R(3×3)，如果是(3×1)旋转向量，请使用cv::Rodrigues()进行变换转为(3×3)旋转矩阵R
;

/***
 * 设置摄像头参数，需要根据双目摄像头标定结果进行填写
 */
static CameraParam camera1 = 
640,//width
480,//height
(Mat_<double>(3, 3)
<< 7.6159209686633153e+02, 0., 3.2031427422691633e+02, 0., 7.6167321446015626e+02, 2.2467546926913309e+02, 0., 0., 1.),//cameraMatrixL
(Mat_<double>(5, 1)
<< 3.4834574887256914e-02, -5.5261651680159028e-02, 5.7491952534806736e-04, -4.2764223950233445e-05, 1.8477350164208820e-02),//distCoeffL
(Mat_<double>(3, 3)
<< 7.6327773983796783e+02, 0., 2.8768149776326379e+02, 0., 7.6350419482215057e+02, 2.1897333669573928e+02, 0., 0., 1.),
(Mat_<double>(5, 1)
<< 3.5020967512300320e-02, -4.0770565902033332e-02, -4.4231049297594003e-04, -1.0552565496142535e-03, -9.7750314807571667e-02),
(Mat_<double>(3, 1)
<< -6.0005833075452117e+01, 1.7047023105446815e-01, 6.0300273851103448e-01),
(Mat_<double>(3, 3)
<< 9.9999370551606337e-01, 7.8563882630048958e-04, 3.4600144345510440e-03, -7.9503149273969136e-04, 9.9999600080163187e-01, 2.7140938945082542e-03, -3.4578682997252063e-03, -2.7168276311286426e-03, 9.9999033095047696e-01),
;

5. 双目测距

OpenCV C++版本的双目测距与Python版本双目测距的效果几乎一致，且性能更优，速度更快，基本可以达到工业级别测距精度。由于我们只考虑三维重建实现双目测距效果，因而去除了PCL和Open3d库三维显示效果，但依然保留了视差图，深度图等可视化效果，用户可以通过鼠标点击图像，即可获得对应的世界坐标以及深度距离信息。

函数接口声明，都已经给出了详细的参数说明，为了方便大家学习，函数命名和实现逻辑与Python版本的几乎一致：

Python版本	C++版本

//
// Created by pan_jinquan@163.com on 2022/10/6.
//

#ifndef CAMERA_CALIBRATION_RECONSTRUCT_CPP_STEREO_RECONSTRUCT_H
#define CAMERA_CALIBRATION_RECONSTRUCT_CPP_STEREO_RECONSTRUCT_H

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>

using namespace std;
using namespace cv;

cv::Mat xyz_coord;                                   //用于存放每个像素点距离相机镜头的三维坐标
cv::Point start;                                     //鼠标按下的起始点
cv::Rect buttonRect;                                 //定义矩形选框
bool buttonStatus = false;                           //是否选择对象


/**
 * 双目摄像头的相机参数
 */
struct CameraParam 
    int width;           //图像的宽度width
    int height;          //图像的高度height
    Mat cameraMatrixL;   //左相机内参K1(3×3)
    Mat distCoeffL;      //左相机畸变系数D1(5×1)
    Mat cameraMatrixR;   //右相机内参K2(3×3)
    Mat distCoeffR;      //右相机畸变系数D2(5×1)
    Mat T;               //平移向量T(3×1)
    Mat R;               //旋转矩阵R(3×3)，如果是(3×1)旋转向量，请使用cv::Rodrigues()进行变换转为(3×3)旋转矩阵R
;

/***
 * 设置摄像头参数，需要根据双目摄像头标定结果进行填写
 */
static CameraParam camera1 = 640,//width
                              480,//height
                              (Mat_<double>(3, 3)
                                      << 7.6159209686633153e+02, 0., 3.2031427422691633e+02, 0., 7.6167321446015626e+02, 2.2467546926913309e+02, 0., 0., 1.),//cameraMatrixL
                              (Mat_<double>(5, 1)
                                      << 3.4834574887256914e-02, -5.5261651680159028e-02, 5.7491952534806736e-04, -4.2764223950233445e-05, 1.8477350164208820e-02),//distCoeffL
                              (Mat_<double>(3, 3)
                                      << 7.6327773983796783e+02, 0., 2.8768149776326379e+02, 0., 7.6350419482215057e+02, 2.1897333669573928e+02, 0., 0., 1.),
                              (Mat_<double>(5, 1)
                                      << 3.5020967512300320e-02, -4.0770565902033332e-02, -4.4231049297594003e-04, -1.0552565496142535e-03, -9.7750314807571667e-02),
                              (Mat_<double>(3, 1)
                                      << -6.0005833075452117e+01, 1.7047023105446815e-01, 6.0300273851103448e-01),
                              (Mat_<double>(3, 3)
                                      << 9.9999370551606337e-01, 7.8563882630048958e-04, 3.4600144345510440e-03, -7.9503149273969136e-04, 9.9999600080163187e-01, 2.7140938945082542e-03, -3.4578682997252063e-03, -2.7168276311286426e-03, 9.9999033095047696e-01),
;

/***
 * 鼠标响应回调函数
 * @param event
 * @param x
 * @param y
 */
static void onMouse(int event, int x, int y, int, void *) 
    if (buttonStatus) 
        buttonRect.x = MIN(x, start.x);
        buttonRect.y = MIN(y, start.y);
        buttonRect.width = std::abs(x - start.x);
        buttonRect.height = std::abs(y - start.y);
    

    switch (event) 
        case EVENT_LBUTTONDOWN:             //鼠标左按钮按下的事件
            start = Point(x, y);
            buttonRect = Rect(x, y, 0, 0);
            buttonStatus = true;
            cout << "image(x,y)=" << start;
            cout << " world coords=(x,y,depth)=" << xyz_coord.at<Vec3f>(start) << endl;
            break;
        case EVENT_LBUTTONUP:               //鼠标左按钮释放的事件
            buttonStatus = false;
            if (buttonRect.width > 0 && buttonRect.height > 0)
                break;
    


/***
 * 显示图像
 * @param winname 窗口名称
 * @param image 图像
 * @param delay 显示延迟，0表示阻塞显示
 * @param flags 显示方式
 */
static void show_image(const string &winname, cv::Mat &image, int delay = 0, int flags = cv::WINDOW_AUTOSIZE) 
    cv::namedWindow(winname, flags);
    cv::imshow(winname, image);
    cv::waitKey(delay);


/***
 * 读取视频文件
 * @param video_file 视频文件
 * @param cap 视频流对象
 * @param width 设置图像的宽度
 * @param height 设置图像的高度
 * @param fps 设置视频播放频率
 * @return
 */
bool get_video_capture(string video_file, cv::VideoCapture &cap, int width = -1, int height = -1, int fps = -1) 
    //VideoCapture video_cap;
    cap.open(video_file);
    if (width > 0 && height > 0) 
        cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH, width); //设置图像的宽度
        cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, height); //设置图像的高度
    
    if (fps > 0) 
        cap.set(cv::CAP_PROP_FPS, fps);
    
    if (!cap.isOpened())//判断是否读取成功
    
        return false;
    
    return true;


/***
 * 读取摄像头
 * @param camera_id 摄像头ID号，默认从0开始
 * @param cap 视频流对象
 * @param width 设置图像的宽度
 * @param height 设置图像的高度
 * @param fps 设置视频播放频率
 * @return
 */
bool get_video_capture(int camera_id, cv::VideoCapture &cap, int width = -1, int height = -1, int fps = -1) 
    //VideoCapture video_cap;
    cap.open(camera_id);    //摄像头ID号，默认从0开始
    if (width > 0 && height > 0) 
        cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH, width); //设置捕获图像的宽度
        cap.set(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, height);  //设置捕获图像的高度
    
    if (fps > 0) 
        cap.set(cv::CAP_PROP_FPS, fps);
    
    if (!cap.isOpened()) //判断是否成功打开相机
    
        return false;
    
    return true;


class StereoReconstruct 
public:

    /***
     * 构造函数，初始化StereoReconstruct
     * @param camera 双目相机参数
     * @param use_wls 是否使用WLS滤波器对视差图进行滤波
     */
    StereoReconstruct(CameraParam camera, bool use_wls = true);

    /***
     * release
     */
    ~StereoReconstruct();

    /***
     * 开始双目测距任务
     * @param frameL
     * @param frameR
     */
    void task(Mat frameL, Mat frameR, int delay = 0);

    /***
     * 畸变校正和立体校正
     * @param imgL 左视图
     * @param imgR 右视图
     * @param rectifiedL 校正后左视图
     * @param rectifiedR 校正后右视图
     */
    void get_rectify_image(Mat &imgL, Mat &imgR, Mat &rectifiedL, Mat &rectifiedR);

    /***
     * 获得视差图
     * @param imgL 畸变校正和立体校正后的左视图
     * @param imgR 畸变校正和立体校正后的右视图
     * @param dispL 返回视差图
     * @param use_wls 是否使用WLS滤波器对视差图进行滤波
     */
    void get_disparity(Mat &imgL, Mat &imgR, Mat &dispL, bool use_wls = true);//SGBM匹配算法

    /***
     * 计算像素点的3D坐标（左相机坐标系下）
     * @param disp 视差图
     * @param points_3d 返回三维坐标points_3d，三个通道分布表示(X,Y,Z)，其中Z是深度图depth, 即距离,单位是毫米(mm)
     * @param scale 单位变换尺度,默认scale=1.0,单位为毫米
     */
    void get_3dpoints(Mat &disp, Mat &points_3d, float scale = 1.0);

    /***
     * 将输入深度图转换为伪彩色图，方面可视化
     * @param depth
     * @param colormap
     */
    void get_visual_depth(cv::Mat &depth, cv::Mat &colormap, float clip_max = 6000.0);

    /***
     * 显示矫正效果
     * @param rectifiedL
     * @param rectifiedR
     */
    void show_rectify_result(cv::Mat rectifiedL, cv::Mat rectifiedR);

    /***
     * 可视化视差图和深度图
     * @param frameL
     * @param frameR
     * @param points_3d
     * @param disp
     * @param delay
     */
    void show_2dimage(Mat &frameL, Mat &frameR, Mat &points_3d, Mat &disp, int delay);

    /***
     * 显示Mat的最大最小值
     * @param src
     * @param vmin 最小值下限
     * @param vmax 最大值下限
     */
    void clip(cv::Mat &src, float vmin, float vmax);

    /***
     * 显示Mat的最大最小值
     * @param src
     * @param th
     * @param vmin
     */
    void clip_min(cv::Mat &src, float th, float vmin);


public:
    string depth_windows = "depth-color";             // 深度图的窗口名称
    int use_wls;                                      // 是否使用WLS滤波器对视差图进行滤波
    Size image_size;                                  // 图像宽高(width,height)
    Rect validROIL;                                   // 图像校正之后，会对图像进行裁剪，这里的左视图裁剪之后的区域
    Rect validROIR;                                   // 图像校正之后，会对图像进行裁剪，这里的右视图裁剪之后的区域
    Mat mapLx, mapLy, mapRx, mapRy;                   // 映射表
    Mat Rl, Rr, Pl, Pr, Q;                            // 校正后的旋转矩阵R，投影矩阵P, 重投影矩阵Q
    cv::Ptr<cv::StereoSGBM> sgbm;
;


#endif //CAMERA_CALIBRATION_RECONSTRUCT_CPP_STEREO_RECONSTRUCT_H

6. 运行Demo

主程序main.cpp实现了三个Demo

测试demo视频文件: 这是使用摄像头录制的双目视频文件，用于测试效果双目测距的效果
测试双目摄像头(双USB连接线的双目摄像头)：用于测试双目摄像头，需要根据自己的摄像头修改ID号
测试一对左右相机图像效果

//
// 双目测距Demo
// Created by pan_jinquan@163.com on 2022/10/6.
//
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include "stereo_reconstruct.h"

/***
 * 测试demo视频文件
 * @return
 */
int test_video_file() 
    CameraParam camera = camera1;//双目相机参数
    bool use_wls = true;         //是否使用WLS滤波器对视差图进行滤波
    StereoReconstruct *detector = new StereoReconstruct(camera, use_wls);
    int imageWidth = camera1.width;      //单目图像的宽度
    int imageHeight = camera1.height;    //单目图像的高度
    string left_video = "../data/lenacv-video/left_video.avi";
    string right_video = "../data/lenacv-video/right_video.avi";
    VideoCapture capL, capR;
    bool retL = get_video_capture(left_video, capL, imageWidth, imageHeight);
    bool retR = get_video_capture(right_video, capR, imageWidth, imageHeight);
    Mat frameL, frameR;
    while (retL && retR) 
        capL >> frameL;
        capR >> frameR;
        if (frameL.empty() or frameR.empty()) break;
        detector->task(frameL, frameR, 20);
    
    capL.release();         //释放对相机的控制
    capR.release();         //释放对相机的控制
    delete detector;
    return 0;




/***
 * 测试双目摄像头(双USB连接线的双目摄像头)
 * @return
 */
int test_camera() 
    CameraParam camera = camera1;//双目相机参数
    bool use_wls = true;         //是否使用WLS滤波器对视差图进行滤波
    StereoReconstruct *detector = new StereoReconstruct(camera, use_wls);
    int imageWidth = camera1.width;       //单目图像的宽度
    int imageHeight = camera1.height;     //单目图像的高度
    int camera1 = 0;                      //左摄像头ID号(请修改成自己左摄像头ID号)
    int camera2 = 1;                      //右摄像头ID号(请修改成自己右摄像头ID号)
    VideoCapture capL, capR;
    bool retL = get_video_capture(camera1, capL, imageWidth, imageHeight);
    bool retR = get_video_capture(camera2, capR, imageWidth, imageHeight);
    Mat frameL, frameR;
    while (retL && retR) 
        capL >> frameL;
        capR >> frameR;
        if (frameL.empty() or frameR.empty()) break;
        detector->task(frameL, frameR, 20);
    
    capL.release();         //释放对相机的控制
    capR.release();         //释放对相机的控制
    delete detector;
    return 0;


/***
 * 测试一对左右图像
 * @return
 */
int test_pair_image_file() 
    CameraParam camera = camera1;//双目相机参数
    bool use_wls = true;         //是否使用WLS滤波器对视差图进行滤波
    StereoReconstruct *detector = new StereoReconstruct(camera, use_wls);
    Mat frameL = imread("../data/left.png", IMREAD_COLOR);
    Mat frameR = imread("../data/right.png", IMREAD_COLOR);
    detector->task(frameL, frameR, 0);
    delete detector;
    return 0;



int main() 
    //测试一对左右图像
    test_pair_image_file();
    //测试demo视频文件
    test_video_file();
    //测试双目摄像头(双USB连接线的双目摄像头)
    test_camera();
    return 0;

终端运行脚本：bash build.sh

#!/usr/bin/env bash
if [ ! -d "build/" ];then
  mkdir "build"
else
  echo "exist build"
fi
cd build
cmake ..
make -j4
sleep 1
./Demo

7. 效果图

C++版本的双目测距与Python版本的效果几乎一致。从重建效果来看，未使用WLS滤波，其视差图出现了很多空洞，存在很多误匹配点；但使用WLS滤波后，视差图变得比较平滑，整体效果都有明显改善。

左视图	右视图

视差图(未滤波)	深度图(未滤波)

视差图(滤波后)	深度图(滤波后)

运行主程序后，鼠标点击depth-color窗口的图像任意区域，终端会打印对应距离信息

8. 源码下载

OpenCV C++版本双目测距项目代码包含：OpenCV C++双目摄像头实现双目测距

【项目源码下载地址】OpenCV C++双目摄像头实现双目测距

支持双USB连接线的双目摄像头
支持使用WLS滤波器对视差图进行滤波
支持双目测距(鼠标点击图像即可获得其深度距离)
提供配套的opencv-4.3.0和opencv_contrib-4.3.0源码（需要自己编译）
相比Python版本，C++版本性能更优，速度更快，可在Linux开发板运行，非常适合应用于无人机，智能小车测距避障等场景。
简单运行，项目源码只在Ubuntu 18.04系统进行了验证；第三方依赖库只有opencv和opencv_contrib，如果你在Windows系统开发，请在Windows平台配置好opencv和opencv_contrib开发环境；

如果你需要Python版本的双目测距，请查看鄙人另一篇博客《双目三维重建系统(双目标定+立体校正+双目测距+点云显示)Python》

双目测距Demo视频

9.参考资料

以上是关于Matlab双目相机标定的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

matlab相机标定工具箱能够自动标定吗？

Matlab2015 双目相机自动标定

OpenCV C++双目摄像头实现双目测距

【SLAM】kalibr工具IMU和双目相机标定

Android双目三维重建：Android双目摄像头实现双目测距

OpenCV C++双目三维重建：双目摄像头实现双目测距