变焦镜头的成像机理是通过在一定范围内连续调整光学成像系统的焦距,来调整视场角宽窄、图像分辨率和场景范围,实现自动聚焦、变焦等功能。目前,变焦成像技术被广泛用于摄影、摄像、深度重建、安防监控、视觉跟踪、工业检测等诸多领域。本文的主要研究工作:(1)本文阐述了变焦相机标定的原理及成像机理,通过实验分析了两种畸变模型(乘法模型和除法模型)对标定结果的影响;总结了相机标定的评价准则。(2)分别研究了固定、变内参数变焦镜头的标定方法。提出了基于二消失点的相机自标定方法和绕光心旋转的主动式相机自标定方法;研究了变焦图像的精确特征匹配,并计算了变焦相机的内参数、外参数、缩放中心和光心位移。(3)开展了基于相机标定技术的图像校正、拼接和深度重建的实验,实验结果表明本文提出的标定方法在保证实时性的前提下,提高了精度和运算速度,提升了系统的实用性。本文的创新点:(1)提出了一种基于Harris的亚像素角点检测方法,对传统Harris角点检测算法进行优化改进,实验结果表明该方法提高了亚像素的角点检测的精确性。(2)提出了一种基于二消失点的相机自标定方法,只需被拍摄场景中包含矩形图案,仅从不同视点拍摄四幅图像就能线性求解出相机的内参数。通过与张正友和基于机器视觉软件Halcon的标定结果进行比较,实验结果表明该算法简单高效,具有较高精度和鲁棒性,提高系统的实用性。(3)提出了一种绕相机光心旋转的主动式相机自标定方法,适用于变焦相机和定焦相机。实验结果表明该方法不需标定物,对场景无要求,是一个完全自动的标定过程。(4)提出了一种精确匹配变焦图像的匹配算法,SIFT特征初匹配后,利用变焦图像的对极几何约束、RANSAC算法和缩放中心的几何性质对初匹配进一步优化;通过建立变焦镜头的厚透镜模型,根据已计算出的变焦相机外参数计算光心位移。