3. 相机标定与像素当量标定
为什么标定是像素到毫米的“翻译器”
工业视觉系统直接输出的是像素坐标，而质检判定需要的是毫米、微米等物理量。相机标定要解决两件事：一是消除镜头畸变带来的几何误差，二是建立像素与实际尺寸之间的稳定换算关系。前者靠内参标定，后者靠像素当量标定。
内参标定使用已知尺寸的棋盘格标定板，从多个角度拍摄，通过角点检测和优化求解，得到焦距、主点、畸变系数等参数。像素当量则是在固定工作距离下，用标定板或标准量块测出“一个像素对应多少毫米”。
内参标定的关键操作
标定板要覆盖整个视野，建议拍摄15~20张不同姿态的图像，包括倾斜、旋转、靠近和远离。角点检测的亚像素精度直接影响标定质量，通常要求重投影误差RMS小于0.3像素。如果误差偏大，优先检查标定板平整度、光照均匀性和拍摄姿态的多样性。
像素当量的两种标定方式
- 标定板法：在固定工作距离下拍摄棋盘格，测量两个角点之间的像素距离，用实际物理距离除以像素距离得到当量。适合高精度场景。
- 标准量块法：用已知尺寸的量块或标准件放在视野中，测量其像素尺寸后换算。适合现场快速验证。
像素当量只在标定时的那个工作距离下有效。如果相机高度、镜头焦距或工件位置发生变化，必须重新标定。对于景深较大的场景，建议在多个高度分别标定，建立当量与距离的对应表。
标定结果验证
标定完成后，用未参与标定的图像做验证：测量标定板上已知间距的两点，比较测量值与实际值的偏差。偏差应小于检测公差的三分之一。如果偏差随位置变化明显，说明畸变校正不充分或标定板姿态覆盖不足。
| 验证项 | 合格标准 | 异常处理 |
|---|---|---|
| 重投影误差 RMS | < 0.3 pixel | 增加标定图像数量，改善光照 |
| 像素当量重复性 | 多次测量偏差 < 0.5% | 检查标定板固定是否牢固 |
| 边缘与中心一致性 | 偏差 < 1 pixel | 重新标定，增加边缘姿态 |