калібрування камери

1. Параметри внутрішньої калібрування [ правити | правити код ]
2. Параметри зовнішньої калібрування [ правити | правити код ]
3. Модель камери [ правити | правити код ]
4. автокалібровка [ правити | правити код ]

Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії

Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 15 березня 2013; перевірки вимагають 12 правок . Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 15 березня 2013; перевірки вимагають 12 правок .

Калібрування камери - це завдання отримання внутрішніх і зовнішніх параметрів камери за наявними фотографій або відео, знятими нею.
Калібрування камери часто використовується на початковому етапі вирішення багатьох завдань комп'ютерного зору і особливо доповненої реальності . Крім того, калібрування камери допомагає виправляти дисторсію на фотографіях і відео [1] .

Як правило, для подання 2D-координат точки на площині використовується вектор-стовпець виду [u v 1] ⊤ {\ displaystyle [u \, v \, 1] ^ {\ top}} , А для завдання положення 3D-точки в світових координатах - [x w y w z w 1] ⊤ {\ displaystyle [x_ {w} \, y_ {w} \, z_ {w} \, 1] ^ {\ top}} . 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:

zc [uv 1] = A [RT] [xwywzw 1] {\ displaystyle z_ {c} {\ begin {bmatrix} u \\ v \\ 1 \ end {bmatrix}} = A {\ begin {bmatrix} R & T \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} x_ {w} \\ y_ {w} \\ z_ {w} \\ 1 \ end {bmatrix}}}
де Zc - довільний масштабний коефіцієнт

Параметри внутрішньої калібрування [ правити | правити код ]

A = [α x γ u 0 0 α yv 0 0 0 1] {\ displaystyle A = {\ begin {bmatrix} \ alpha _ {x} & \ gamma & u_ {0} \\ 0 & \ alpha _ {y} & v_ {0} \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix}}}

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 {\ displaystyle \ alpha _ {x}} і α y {\ displaystyle \ alpha _ {y}} відповідають фокусної відстані, виміряного в ширині і висоті пікселя, u 0 {\ displaystyle u_ {0}} і v 0 {\ displaystyle v_ {0}} - координатам принципової точки , А γ = α y * tan ⁡ φ {\ displaystyle \ gamma = {\ alpha _ {y}} * \ tan \ varphi} , Де φ {\ displaystyle \ varphi} - 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 [ правити | правити код ]

R, T {\ displaystyle {\ textbf {R}}, T} (Де R {\ displaystyle {\ textbf {R}}} - вектор 1 × 3 або матриця 3 × 3 повороту, T {\ displaystyle {\ textbf {T}}} - вектор 3 × 1 перенесення) - параметри зовнішньої калібрування, що визначають перетворення координат , Що 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 [ правити | правити код ]

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) {\ displaystyle x = I \ times Dist (E \ times X)} , де

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 [ правити | правити код ]

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.