高精度相机标定棋盘格图像生成工具

资 源 简 介

该项目旨在通过MATLAB编程环境自动生成符合计算机视觉标定标准的高精度棋盘格图像。核心功能是根据用户设定的方格物理几何尺寸（本案例为15mm）以及打印机的分辨率（DPI），精确计算并生成对应的数字图像阵列。实现方法上，程序首先根据目标DPI将15mm的物理长度转换为精确的像素个数，随后利用MATLAB的矩阵运算生成黑白交替的二值化矩阵。为了确保标定算法能够准确识别边缘，该工具还会自动在棋盘格四周添加宽度可调的白色边框保护区。生成的程序支持动态调整棋盘格的行列数，以满足不同视场范围（FOV）的相机标定需求

详 情 说 明

基于MATLAB的高精度相机标定棋盘格生成工具

项目介绍

该项目是一个专为计算机视觉领域设计的标定板生成工具。在相机标定过程中，标定板方格的物理尺寸精度直接影响内参数矩阵和畸变系数的计算结果。本工具通过MATLAB编程，实现了从物理长度（毫米）到数字图像像素的精确映射。通过引入打印机分辨率（DPI）作为计算中介，确保生成的棋盘格在实际打印并测量时，物理尺寸与设定值严格一致。该工具生成的图像不仅包含高对比度的黑白方格，还具备白色边框保护区，能够有效提高各类标定算法（如Zhang's Calibration）的边缘识别准确率。

功能特性

1. 高精度物理尺寸转换：根据设定的DPI参数，精确计算每个方格所需的像素数，最大限度减少由于取整带来的尺寸误差。
2. 灵活的参数配置：支持自定义方格物理尺寸、棋盘格内角点行数与列数、以及四周白色保护区的宽度。
3. 多格式高保真导出：支持导出带有DPI元数据的PNG图像和具备1:1物理比例排版的PDF文档。
4. 实时误差反馈：程序会自动计算并输出由于像素取整导致的实际物理尺寸微差，供高精度测量参考。
5. 即插即用：无需复杂的图形界面，所有逻辑集成于单一脚本中，运行即可获得结果。

使用方法

1. 打开MATLAB软件。
2. 将程序文件放置于当前工作目录下。
3. 根据实际需求修改脚本顶部的配置参数（如将 square_size_mm 设置为15，dpi 设置为打印机的实际分辨率）。
4. 运行脚本。
5. 程序将弹出预览窗口，并在工作目录下生成同名的PNG与PDF文件。
6. 打印PDF文件时，务必在打印设置中选择“实际大小”或“100%缩放”，切勿选择“适应页面”。

系统要求

• MATLAB R2016a 或更高版本。
• 建议安装 Image Processing Toolbox（图像处理工具箱）以获得最佳兼容性。

实现逻辑说明

程序的核心实现逻辑遵循从物理定义到离散矩阵，再到标准文件的流程：

1. 尺度换算逻辑：利用公式 “像素数 = (物理尺寸 / 25.4) * DPI” 进行转换。由于数字图像必须由整数像素组成，程序使用 round 函数对每个方格的像素大小进行取整。
2. 棋盘格阵列构建：

* 首先利用 meshgrid 生成坐标矩阵。 * 通过 mod(R + C, 2) 运算生成基础的0、1交替二值逻辑矩阵。

1. 像素级矩阵扩展：使用克罗内克积（Kronecker product）算法。将简单的0-1矩阵与一个全1的方格像素矩阵进行运算，从而将每一个逻辑元素扩展为指定像素大小的方格区块。
2. 边框保护区处理：先根据计算好的总尺寸创建一个纯白（像素值为255）的底层矩阵，然后计算偏移量，将生成的棋盘格逻辑阵列嵌入到该矩阵的中心位置。
3. PDF物理排版逻辑：通过设置不可见的图形句柄，强制定义纸张尺寸（PaperSize）与物理图像尺寸一致，利用 print 命令以指定分辨率输出，确保PDF文件在打印时保留正确的物理比例。

关键函数与算法分析

• meshgrid & mod：这两个函数的组合是生成国际象棋盘样式的最简算法，直接从索引索引号奇偶性决定颜色。
• kron 函数：这是实现高精度缩放的关键。区别于传统的图像差值缩放，克罗内克积能保证方格边缘是绝对的阶跃变化，不会出现模糊或重采样导致的灰度过渡。
• imwrite 分辨率标记：在导出PNG时，程序显式指定了 'Resolution' 参数。这会将DPI信息写入文件的元数据中，使支持DPI识别的打印软件能自动匹配尺寸。
• PDF 输出控制：通过调整 PaperUnits 为英寸并匹配 Position 属性，程序消除了绘图窗口的默认边距，保证了输出文档的纯粹性。

标定板技术规格输出示例

程序运行后会在控制台输出完整的技术规格，内容包括：

• 最终确定的方格物理长度（精细到小数点后四位）。
• 内部角点的排布方式。
• 包含边框后的全图总物理尺寸。
• 图像的总像素规模。
• 针对物理打印的特殊提示。