Dieses Kapitel beschreibt den Kalibriervorgang für verschiedene Mehrbild-Kameraaufbauten.
Um eine höchstmögliche Messgenauigkeit zu erreichen muss ein Kamerasystem entsprechend kalibriert werden. Im Gegensatz zu einem Kameraaufbau mit einer Kamera gelten für einen Mehrbild-Kameraaufbau einige zusätzliche Anforderungen. Die folgenden Abschnitte enthalten Informationen über die Kalibrierung von Mehrbild-Kameraaufbauten. Für generelle Informationen zur Kalibrierung von Kameras siehe die Kapitelreferenz Kalibrierung.
Vor dem Aufruf des Operators calibrate_cameras
Die Anzahl an Kameras und die Anzahl an Kalibrierobjekten für den
Aufbau kann mit create_calib_data
Beim Spezifizieren des Kameratyps mit set_calib_data_cam_param
Mit set_calib_data
Je nach Kameratypen, welche im Aufbau kalibriert werden, führt
calibrate_cameras
Kette von Beobachtungen bilden:
Im ersten Schritt versucht der Operator
calibrate_cameras
Falls eine Kamera nicht erreicht werden kann (d.h. die Kamera beobachtet keine Kalibrierkörperpose, die in der Kette eingegliedert ist), wird der Kalibrierprozess abgebrochen und ein Fehler zurückgegeben. Ansonsten initialisiert der Algorithmus die Posen aller Objekte im Aufbau beim Durchlaufen der Kette.
Erste Optimierung:
In diesem Schritt optimiert calibrate_cameras
Zweite Optimierung:
Hierbei korrigiert der Algorithmus anhand des soweit kalibrierten
Kameraaufbaus jene Beobachtungen, die Konturdaten enthalten (siehe
find_calib_object
Berechnung der Qualität der Parameterschätzung:
Im letzten Schritt berechnet calibrate_cameras
Die folgenden Abschnitte enthalten weitere Details zur Kalibrierung verschiedener Kameraaufbauten. Außerdem werden Informationen zur Kalibrierung von Zeilenkameras aufgeführt.
Für einen Aufbau mit projektiven Flächenkameras wird die Kalibrierung in den oben erläuterten vier Schritten durchgeführt. Im ersten Schritt versucht der Algorithmus dabei eine Kette von Beobachtungsposen zu bilden, welche alle Kameras und Kalibrierobjektposen verbindet (siehe Abbildung).
| (1) | (2) |
Mögliche projektive Flächenkameras sind:
'area_scan_division'
'area_scan_polynomial'
'area_scan_tilt_division'
'area_scan_tilt_polynomial'
'area_scan_tilt_image_side_telecentric_division'
'area_scan_tilt_image_side_telecentric_polynomial'
'area_scan_hypercentric_division'
'area_scan_hypercentric_polynomial'
Für einen Aufbau mit telezentrischen Flächenkameras werden dieselben vier Schritte durchlaufen wie oben aufgelistet. Für den ersten Schritt (Aufbau einer Kette von Beobachtungen, die alle Kameras und Kalibrierobjektposen verbindet) gelten hier jedoch zusätzliche Voraussetzungen. Da die Lage eines Objektes mit nur einer Kamera nur bis auf eine Verschiebung entlang der optischen Achse bestimmt werden kann, muss ein Kalibrierkörper von mindestens zwei Kameras beobachtet werden, damit seine relative Lage bestimmt werden kann. Sonst wird er aus der Kalibrierung entfernt. Außerdem gilt: Da ein planares Kalibrierobjekt aus jeweils zwei Winkeln gleich erscheint, kann die relative Lage der Kameras untereinander nicht eindeutig bestimmt werden. Es gibt immer zwei gültige Varianten der relativen Lage der zweiten Kamera. Beide Alternativen stellen ein konsistentes Kamerasetup dar und können zum Messen benutzt werden. Da die Mehrdeutigkeit nicht aufgelöst werden kann, wird die erste Lösung zurückgeliefert. Wenn die zurückgegebene Pose nicht die reell vorliegende sondern die alternative Lösung ist, so sind die damit rekonstruierten Daten gespiegelt.
Mögliche telezentrische Flächenkameras sind:
'area_scan_telecentric_division'
'area_scan_telecentric_polynomial'
'area_scan_tilt_bilateral_telecentric_division'
'area_scan_tilt_bilateral_telecentric_polynomial'
'area_scan_tilt_object_side_telecentric_division'
'area_scan_tilt_object_side_telecentric_polynomial'
Für einen gemischten Aufbau mit projektiven und telezentrischen Flächenkameras durchläuft der Algorithmus dieselben Schritte wie oben aufgelistet. Mögliche Mehrdeutigkeiten während des ersten Schrittes (Aufbau einer Kette von Beobachtungen, die alle Kameras und Kalibrierobjektposen verbindet), die bei einem reinen telezentrischen Flächenkameraaufbau auftreten, können bei einem gemischten Aufbau verhindert werden. Voraussetzung dafür ist die Existenz einer Kette, die aus allen projektiven Flächenkameras und einer ausreichenden Anzahl an Kalibrierobjekten besteht. Hierbei bedeutet eine ausreichende Anzahl, dass jede telezentrische Flächenkamera mindestens zwei Kalibrierobjekte dieser Kette beobachtet.
| (1) | (2) |
Für Zeilenkameras ('line_scan' und
'line_scan_telecentric') existieren folgende Beschränkung:
Es kann nur eine Kamera pro Aufbau kalibriert werden und nur ein
Kalibrierobjekt pro Aufbau verwendet werden.
Schließlich muss beachtet werden, dass bei Kalibrierplatten mit rechteckiger
Markenanordnung (siehe gen_caltabcreate_caltab
Bei der gleichzeitigen Kalibrierung mehrerer Kameras ist der Wert des Fehlers schwieriger zu beurteilen als bei einer einzelnen Kamera. Als Faustregel sollte der Fehler so klein wie möglich sein oder zumindest kleiner als 1.0 sein, da dies ein Hinweis ist, dass mit den kalibrierten Parametern eine subpixelgenaue Evaluierung der Daten noch möglich ist. Bei bestimmten Konfigurationen kann es schwierig sein, diesen Wert zu erreichen. Eine weitere Analyse der Kalibrierqualität kann anhand der zurückgegebenen Standardabweichungen und Kovarianzen der Kameraparameter erfolgen.
Alle Ergebnisse der Kalibrierung, d.h. die internen
Kameraparameter, die Kameraposen (externe Parameter), die
Kalibrierkörperposen usw., können mit get_calib_data
Es ist zu beachten, dass bei telezentrischen Kameras die Lage nur bis auf ihre Verschiebung entlang der z-Achse des Koordinatensystems der jeweiligen Kamera bekannt ist. Daher werden die Kameraposen entlang dieser Richtung so verschoben, dass alle Kameras auf einer gemeinsamen Kugel liegen. Der Mittelpunkt der Kugel wird in den ersten Kalibrierkörper gelegt. Der Radius dieser Kugel variiert je nach gegebenem Aufbau. Falls ein gemischter Aufbau mit projektiven und telezentrischen Kameras vorliegt, wird als Radius das Maximum über alle Abstände zwischen projektiven Kameras und dem ersten Kalibrierkörper gewählt. Falls nur telezentrische Kameras im Aufbau vertreten sind, beträgt der Radius 1m.
calibrate_camerasclear_calib_dataclear_camera_setup_modelcreate_calib_datacreate_camera_setup_modeldeserialize_calib_datadeserialize_camera_setup_modelget_calib_dataget_calib_data_observ_contoursget_calib_data_observ_pointsget_camera_setup_paramquery_calib_data_observ_indicesread_calib_dataread_camera_setup_modelremove_calib_dataremove_calib_data_observserialize_calib_dataserialize_camera_setup_modelset_calib_dataset_calib_data_calib_objectset_calib_data_cam_paramset_calib_data_observ_pointsset_camera_setup_cam_paramset_camera_setup_paramwrite_calib_datawrite_camera_setup_model