radial_distortion_self_calibrationT_radial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationRadialDistortionSelfCalibration (Operator)

Name

radial_distortion_self_calibrationT_radial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationRadialDistortionSelfCalibration — Kalibrieren der radialen Verzeichnung.

Signatur

Beschreibung

radial_distortion_self_calibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationRadialDistortionSelfCalibration berechnet die Verzeichnungsparameter sowie das Verzeichnungszentrum einer Linse basierend auf den in ContoursContoursContoursContoursContourscontours übergebenen XLD-Konturen. Ähnlich dem Operator camera_calibrationcamera_calibrationCameraCalibrationcamera_calibrationCameraCalibrationCameraCalibration werden die Verzeichnungswerte im Parameter CameraParamCameraParamCameraParamCameraParamCameraParamcameraParam zurückgegeben. Indem man diesen Parameter an die Operatoren change_radial_distortion_cam_parchange_radial_distortion_cam_parChangeRadialDistortionCamParchange_radial_distortion_cam_parChangeRadialDistortionCamParChangeRadialDistortionCamPar und change_radial_distortion_imagechange_radial_distortion_imageChangeRadialDistortionImagechange_radial_distortion_imageChangeRadialDistortionImageChangeRadialDistortionImage weiterreicht, kann man die radiale Verzeichnung in Bildern korrigieren. Zusätzlich werden in SelectedContoursSelectedContoursSelectedContoursSelectedContoursSelectedContoursselectedContours die Konturen zurückgegeben, die zur Kalibrierung verwendet wurden.

Beachten Sie jedoch, dass mit dem Operator keine 3D-Information in der Szene bestimmt werden kann, da die Brennweite und die Skalierungsfaktoren nicht bestimmt werden.

Das zur Kalibrierung verwendete Verzeichnungsmodell kann über DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel gewählt werden. Beim Divisionsmodell (DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel = 'division'"division""division""division""division""division") werden die Verzeichnungen über den Verzeichnungsparameter beschrieben (siehe camera_calibrationcamera_calibrationCameraCalibrationcamera_calibrationCameraCalibrationCameraCalibration). Beim polynomiellen Modell (DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel = 'polynomial'"polynomial""polynomial""polynomial""polynomial""polynomial") werden die Verzeichnungen über die radialen Verzeichnungsparameter und die tangentialen Verzeichnungsparameter beschrieben (siehe camera_calibrationcamera_calibrationCameraCalibrationcamera_calibrationCameraCalibrationCameraCalibration). Das Zentrum der Verzeichnungen wird als Hauptpunkt angenommen. Für DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel = 'division'"division""division""division""division""division" enthält CameraParamCameraParamCameraParamCameraParamCameraParamcameraParam die Werte für . Für DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel = 'polynomial'"polynomial""polynomial""polynomial""polynomial""polynomial" enthält CameraParamCameraParamCameraParamCameraParamCameraParamcameraParam die Werte für . Da die Kalibrierung ohne einen Kalibrierkörper durchgeführt wird, können die Brennweite f und die Skalierungsfaktoren nicht bestimmt werden und werden daher auf 0 beziehungsweise 1 gesetzt.

Die Bestimmung der Verzeichnung basiert auf der Annahme, dass in der aufgenommen Szene eine signifikante Anzahl von geraden Kanten oder Linien vorhanden ist. Durch die Linsenverzeichnung werden diese Geraden auf gekrümmte Linien abgebildet. Es werden nun geeignete Parameter gesucht, die diese gekrümmten Linien wieder auf Geraden abbilden, und somit also die Verzeichnung kompensieren.

In der Anwendung bestimmt man mit einem Kanten- oder Linienextraktor (z.B. edges_sub_pixedges_sub_pixEdgesSubPixedges_sub_pixEdgesSubPixEdgesSubPix oder lines_gausslines_gaussLinesGausslines_gaussLinesGaussLinesGauss) die Konturen im Bild. Die Konturen sollten im Bild gleichverteilt und möglichst in der Nähe des Bildrands liegen, da sich dort die Verzeichnung am stärksten auswirkt und damit die Kalibrierung am stabilsten wird. Zur Verbesserung von Laufzeit oder Robustheit können die Konturen auch vorverarbeitet werden (z.B. mit segment_contours_xldsegment_contours_xldSegmentContoursXldsegment_contours_xldSegmentContoursXldSegmentContoursXld, union_collinear_contours_xldunion_collinear_contours_xldUnionCollinearContoursXldunion_collinear_contours_xldUnionCollinearContoursXldUnionCollinearContoursXld, union_cocircular_contours_xldunion_cocircular_contours_xldUnionCocircularContoursXldunion_cocircular_contours_xldUnionCocircularContoursXldUnionCocircularContoursXld oder select_shape_xldselect_shape_xldSelectShapeXldselect_shape_xldSelectShapeXldSelectShapeXld), um möglichst lange gerade oder kreisförmige Segmente zu erhalten. Falls in einem Bild nicht ausreichend viele gerade Konturen in der Szene vorhanden sind, können auch die Konturen aus mehreren Bildern übergeben werden (concat_objconcat_objConcatObjconcat_objConcatObjConcatObj).

Der Operator bestimmt automatisch über ein robustes RANSAC-Verfahren jene Konturen aus ContoursContoursContoursContoursContourscontours, die das Abbild von Raumgeraden sind. Die Konturen, die diese Forderung nicht erfüllen und somit für den Kalibrierprozess ungeeignet sind, werden als Ausreißer bezeichnet. Der Operator geht von einer maximalen Ausreißerquote von 50 Prozent aus. Eine Kontur wird als Ausreißer klassifiziert, falls die mittlere Abweichung der Kontur von einer Geraden nach der Verzeichnungskorrektur den maximalen Schwellwert T überschreitet:

Mit dem Parameter RandSeedRandSeedRandSeedRandSeedRandSeedrandSeed kann das randomisierte Verhalten des RANSAC-Verfahrens beeinflusst werden, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Wird RandSeedRandSeedRandSeedRandSeedRandSeedrandSeed auf einen positiven Wert gesetzt, so liefert der Operator bei jedem Aufruf mit denselben Parametern auch dasselbe Resultat, da der intern verwendete Zufallsgenerator mit RandSeedRandSeedRandSeedRandSeedRandSeedrandSeed initialisiert wird.

Zur Bestimmung der Verzeichnungsparameter beziehungsweise stehen die Methoden 'variable'"variable""variable""variable""variable""variable", 'adaptive'"adaptive""adaptive""adaptive""adaptive""adaptive" und 'fixed'"fixed""fixed""fixed""fixed""fixed" zur Verfügung, die unter DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter festgelegt werden. Bei der Vorauswahl 'variable'"variable""variable""variable""variable""variable" wird von Beginn an mit variablen Verzeichnungszentrum c kalibriert. Hierbei sollten viele gleichmäßig verteilte Konturen in der Nähe des Bildrandes vorliegen oder die Verzeichnung möglichst stark sein, da ansonsten das Verzeichnungszentrum nicht bestimmt werden kann und dies zur Instabilität führt. Bei der Variante 'adaptive'"adaptive""adaptive""adaptive""adaptive""adaptive" wird zunächst das Verzeichnungszentrum c fest in der Bildmitte angenommen und die Ausreißer mit dem Schwellwert InlierThresholdInlierThresholdInlierThresholdInlierThresholdInlierThresholdinlierThreshold eliminiert. In einem letzten Schritt wird dann eine Kalibrierung mit allen Verzeichnungsparametern beziehungsweise durchgeführt, die dann angenommen wird, falls als eine stabile Lösung in der Nähe der Bildmitte gefunden wurde. Andernfalls wird c in der Bildmitte angenommen. Diese Methode sollte dann verwendet werden, wenn das Verzeichnungszentrum außerhalb der Bildmitte gesucht werden soll, jedoch wenige Konturen zur Verfügung stehen oder die Lage der Konturen ungünstig ist (Bsp.: Konturen verlaufen in gleiche Richtung oder liegen im selben Bildbereich). Bei 'fixed'"fixed""fixed""fixed""fixed""fixed" wird schließlich das Verzeichnungszentrum als konstant in der Bildmitte angenommen und nur beziehungsweise bestimmt. Diese Methode sollte bei sehr schwachen Verzeichnungen und wenigen Konturen in schlechter Lage angewendet werden.

Über den Parameter PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar kann bei den Methoden 'adaptive'"adaptive""adaptive""adaptive""adaptive""adaptive" und 'variable'"variable""variable""variable""variable""variable" schließlich die Abweichung von c von der Bildmitte gesteuert werden. Falls die Abweichung gesteuert werden soll, muss PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar zwischen 1 und 100 liegen. Dabei gilt: Je höher der Wert, umso mehr darf c von der Bildmitte abweichen. Liegt der Wert bei 0, findet keine Steuerung statt, d.h. der Hauptpunkt wird alleine durch die Konturen bestimmt. Generell sollte die Steuerung über PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar bei schwachen Verzeichnungen und ähnlich orientierten Konturen verwendet werden, da sonst unter Umständen keine stabile Lösung gefunden wird.

Aufgrund des verwendeten Algorithmus ist die Laufzeit von radial_distortion_self_calibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationRadialDistortionSelfCalibration für DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'variable'"variable""variable""variable""variable""variable" und PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar = 0 am geringsten. Die Laufzeit für DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'variable'"variable""variable""variable""variable""variable" und PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar > 0 steigt mit kleineren Werten von PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar signifikant an. Die Laufzeiten für DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'adaptive'"adaptive""adaptive""adaptive""adaptive""adaptive" und DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'fixed'"fixed""fixed""fixed""fixed""fixed" sind auch signifikant höher als bei DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'variable'"variable""variable""variable""variable""variable" und PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar = 0.

Achtung

Da das polynomielle Modell (DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel = 'polynomial'"polynomial""polynomial""polynomial""polynomial""polynomial") mehr Parameter enthält als das Divisionsmodell (DistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModelDistortionModeldistortionModel = 'division'"division""division""division""division""division"), kann die Kalibrierung über das polynomielle Modell eine etwas geringere Stabilität aufweisen als die Kalibrierung über das Divisionsmodell. Dies macht sich besonders bei der Bestimmung der tangentialen Verzeichnungskomponenten bemerkbar. Die Stabilität kann verbessert werden, indem man Konturen aus mehreren Bildern verwendet. Zusätzliche Stabilität erhält man wie oben bereits erwähnt für DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'fixed'"fixed""fixed""fixed""fixed""fixed", DistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterDistortionCenterdistortionCenter = 'adaptive'"adaptive""adaptive""adaptive""adaptive""adaptive" oder PrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarPrincipalPointVarprincipalPointVar > 0.

Parallelisierung

• Multithreading-Typ: reentrant (läuft parallel zu nicht-exklusiven Operatoren).
• Multithreading-Bereich: global (kann von jedem Thread aufgerufen werden).
• Wird ohne Parallelisierung verarbeitet.

Parameter

Beispiel (HDevelop)

* Assume that GrayImage is one image in gray values with a
* resolution of 640 x 480 and a suitable number of contours.  Then
* the following example performs the calibration using these
* contours and corrects the image with the estimated distortion
* parameters.
edges_sub_pix (GrayImage, Edges, 'canny', 1.0, 20, 40)
segment_contours_xld (Edges, ContoursSplit, 'lines_circles', 5, 8, 4)
radial_distortion_self_calibration (ContoursSplit, SelectedContours, \
                                    640, 480, 0.08, 42, 'division', \
                                    'variable', 0, CameraParam)
get_domain (GrayImage, Domain)
change_radial_distortion_cam_par ('fullsize', CameraParam, 0, CamParamOut)
change_radial_distortion_image (GrayImage, Domain, ImageRectified, \
                                CameraParam, CamParamOut)

Ergebnis

Sind die Parameterwerte korrekt, dann liefert radial_distortion_self_calibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationradial_distortion_self_calibrationRadialDistortionSelfCalibrationRadialDistortionSelfCalibration den Wert 2 (H_MSG_TRUE). Gegebenenfalls wird eine Fehlerbehandlung durchgeführt.

Vorgänger

edges_sub_pixedges_sub_pixEdgesSubPixedges_sub_pixEdgesSubPixEdgesSubPix, segment_contours_xldsegment_contours_xldSegmentContoursXldsegment_contours_xldSegmentContoursXldSegmentContoursXld

Nachfolger

change_radial_distortion_cam_parchange_radial_distortion_cam_parChangeRadialDistortionCamParchange_radial_distortion_cam_parChangeRadialDistortionCamParChangeRadialDistortionCamPar, change_radial_distortion_imagechange_radial_distortion_imageChangeRadialDistortionImagechange_radial_distortion_imageChangeRadialDistortionImageChangeRadialDistortionImage

Siehe auch

camera_calibrationcamera_calibrationCameraCalibrationcamera_calibrationCameraCalibrationCameraCalibration

Literatur

T. Thormälen, H. Broszio: „Automatic line-based estimation of radial lens distortion“; in: Integrated Computer-Aided Engineering; vol. 12; pp. 177-190; 2005.

Modul

Calibration