Новые техники калибровки цифровой фотокамеры

Перевод статьи A Flexible New Technique for Camera Calibration с любезного согласия Zhengyou Zhang

Краткое содержание

Недавно мы затрагивали способы калибровки батареи Андроид, а сегодня мы предлагаем гибкую новую технику калибровки фотокамеры. Она отлично подходит для использования без специальных знаний 3D-геометрии или компьютерного зрения. Техника требует собственно, наличие камеры для наблюдения плоской структуры, показанной в нескольких (не менее двух) различных ориентациях. Камеры или плоскость можно свободно перемещать. Движение не должно быть известно. Все радиальные оптические искажения моделируются.

Предложенная процедура состоит из замкнутой формы, с последующим нелинейным уточнением на основе критерия максимального правдоподобия. Компьютерное моделирование и реальные данные были использованы для проверки предложенной методики - вследствие были получены очень хорошие и детальные результаты. По сравнению с классическими методами, где используются дорогие средства (например, две или три ортогональные плоскости), предлагаемый метод прост в использовании и при этом достаточно гибок. 

Полный текст доступен в качестве технического отчета в формате PDF.

Экспериментальные данные и результат калибровки камеры

Модель содержит шаблон 8х8 квадратов, так что имеется 256 углов. Размер шаблона - 17см х 17см. 2D-координаты (в дюймах) этих точек можно найти здесь. (Мы предполагаем, что плоскость находится в точке Z = 0).

Мы взяли пять элементов камеры PULNiX CCD с 6-мм объектива. Разрешение фото - 640x480. Первые две фотографии приведены ниже. Мы можем наблюдать значительное искажение объектива на примере этих фотографий.

Углы были выделены как пересечение прямых линий, установленных на каждом квадрате. Ниже мы покажем два образца с пунктами, обозначенными как +.

А вот что калибровка говорит нам о камере: пиксель квадратный (соотношение = 1); фокусное расстояние = 832,5 пикселей; центр изображения находится в координатах (303,959, 206,585); есть значительная радиальная деформация: k1 = -0.228601, k2 = 0.190353. 

Оцененные параметры искажения позволяют исправить искажения в исходных фото. Ниже мы покажем исправленные изображения, по сравнению с первыми двумя рисунками выше. Очевидно, что изогнутая модель в оригинальных фотографиях выпрямилась.

Применение к моделированию на основе фото

Две фотографии коробки для чая (см. ниже) были сняты той же камерой, используемой выше для калибровки фотокамеры.

В целом, обе стороны видны. После устранения радиального искажения мы вручную выбрали 8 точек, соответствующих каждой стороне. 

Программное обеспечение, которое мы разработали раньше, учитывало эти 16 точечных совпадений для построения модели коробки. Восстановленные точки на каждой стороне действительно расположены в одной плоскости, и мы вычислили угол между двумя плоскостями, цифра составляет 94,7 градусов. Хотя мы не владеем истиной, но обе стороны чайной коробки действительно ортогональны друг другу.

Компьютерная помощь: задайте свой вопрос

Укажите email, на который я смогу выслать ответ на ваш вопрос