калібрування камери

Параметри моделі камери

Як правило, для подання 2D-координат точки на площині використовується вектор-стовпець виду [u v 1] ⊤>. а для завдання положення 3D-точки в світових координатах - [x w y w z w 1] ⊤ \, y _ \, z _ \, 1] ^>. Потрібно відзначити, що ці вирази записані в розширеній нотації однорідних координат. яка є найпоширенішою в робототехніці і завданнях трансформації твердих тіл. Зокрема, в моделі камери-обскури матриця камери використовується для проектування точок тривимірного простору на площину зображення:

Параметри внутрішньої калібрування

Матриця внутрішньої калібрування A містить 5 значущих параметрів. Ці параметри відповідають фокусної відстані. куту нахилу пікселів і принципової точці (точка перетину площини зображення з оптичною віссю, що збігається з центром фотографії. В реальних камерах, як правило, буває трохи зміщена через оптичних спотворень). Зокрема, α x> і α y> відповідають фокусної відстані, виміряного в ширині і висоті пікселя, u 0> і v 0> - координатам принципової точки, а γ = α y * tan ⁡ φ> * \ tan \ varphi>. де φ - кут нахилу пікселя [2]. Нелінійні параметри внутрішньої калібрування, такі як коефіцієнти дисторсии. також мають важливе значення, хоча і не можуть бути включені в лінійну модель, що описується матрицею внутрішньої калібрування. Більшість сучасних алгоритмів калібрування камери визначає їх разом з параметрами лінійної частини моделі.
Параметри внутрішньої калібрування відносяться тільки до камери, але не до сцени, тому вони змінюються лише в тому випадку, коли змінюються відповідні налаштування камери.

Параметри зовнішньої калібрування

R. T>, T> (де R >> - вектор 1 × 3 або матриця 3 × 3 повороту, T >> - вектор 3 × 1 перенесення) - параметри зовнішньої калібрування. що визначають перетворення координат. переводить координати точок сцени зі світової системи координат в систему координат, пов'язану з камерою [2]. Або, що еквівалентно попереднього визначення, параметри зовнішньої калібрування задають положення камери в світовій системі координат.
Параметри зовнішньої калібрування пов'язані безпосередньо з фотографується сценою, тому (на відміну від параметрів внутрішньої калібрування) кожної фотографії відповідає свій набір цих параметрів.

модель камери

При використанні камери світло з сцени, що знімається фокусується і захоплюється. Цей процес зменшує число вимірювань у даних, одержуваних камерою, з трьох до двох (світло з тривимірною сцени перетворюється в двомірне зображення). Тому кожен піксель на отриманому зображенні відповідає променю світла вихідної сцени. Під час калібрування камери відбувається пошук відповідності між тривимірними точками сцени і пікселями зображення.
У випадку ідеальної камери-обскури для завдання такого відповідності достатньо однієї матриці проекції. Однак у випадку більш складних камер спотворення, що вносяться лінзами, можуть сильно вплинути на результат. Таким чином, функція проектування приймає більш складний вид і часто записується як послідовність перетворень, наприклад:
x = I × D i s t (E × X). де

Алгоритми калібрування камери

Існує кілька різних підходів до вирішення завдання калібрування.

  1. Класичний підхід - алгоритм Roger Y. Tsai [3]. Він складається з двох етапів, на першому з яких визначаються параметри зовнішньої калібрування, на другому - внутрішньої калібрування і дисторсии.
  2. «Нова гнучка технологія калібрування камери» [4]. яка була розроблена Zhengyou Zhang і заснована на використанні плоского каліброваного об'єкта у вигляді шахової дошки.
  3. Автокалібровка - отримання калібрувальних даних безпосередньо із зображень, причому в сцені не потрібна присутність спеціальних калібрувальних об'єктів.

Алгоритм калібрування однієї камери, а також алгоритм стереокалібровкі реалізований в бібліотеці OpenCV.

автокалібровка

Основні кроки даного методу:

  1. Пошук особливих точок на всіх зображеннях. Для цієї мети може використовуватися, наприклад, кутовий детектор Харріса.
  2. Пошук точкових відповідностей між зображеннями. Для цього можна, наприклад, скористатися порівнянням SIFT-дескрипторів знайдених особливих точок. В результаті на кожному зображенні знаходиться набір пікселів, які відповідають одним і тим же тривимірним точкам сцени.
  3. Після цього за допомогою алгоритму Bundle Adjustment на основі даних про точкових відповідностях проводиться одночасний пошук і параметрів калібрування, і 3D-координат цих особливих точок в сцені.

Схожі статті