Калібрування камери — це процес визначення параметрів моделі камери з точковою діафрагмою, яка наближено описує камеру, що створила певну фотографію або відео. Зазвичай параметри камери подають у вигляді проєкційної матриці розміру 3 × 4, яку називають матрицею камери. Внутрішні параметри описують геометрію формування зображення, а зовнішні — положення та орієнтацію камери відносно світової системи координат.

Під терміном калібрування камери також може матися на увазі .

Параметри моделі камери Для задання положення двовимірної точки відповідно до координат пікселя, зазвичай, використовують трійку чисел . використовується для представлення позиції точки в тривимірних координатах. Вони задаються у розширеній нотації однорідних координат, що є найбільш поширеним способом позначення в робототехніці при перетворенні твердих тіл. Відповідно до , для вираження проективного перетворення із світових координат в координати пікселів напряму використовується матриця камери.

Внутрішні параметри

Матриця внутрішніх параметрів містить п'ять значень. Параметри і задають фокусні відстані в пікселях: фізичну фокусну відстань множать на коефіцієнти масштабу і уздовж двох осей сенсора. Коефіцієнт описує перекіс між осями координат зображення і в більшості сучасних камер близький до нуля. Координати задають головну точку, яка в ідеальній моделі розташована поблизу центра зображення.

Нелінійні внутрішні параметри, зокрема дисторсія об'єктива, також важливі, однак їх не можна включити безпосередньо до лінійної моделі, заданої матрицею внутрішніх параметрів. Сучасні методи калібрування часто оцінюють параметри камери та коефіцієнти дисторсії спільною нелінійною оптимізацією.

Зовнішні параметри є зовнішніми параметрами які задають перетворення системи координат із тривимірних світових координат в тривимірні координати камери. Іншими словами, зовнішні параметри описують положення центру камери і напрям зору камери в світових координатах. це координати початку координат світової системи виражені в системі координат прив'язаній до камери. часто плутають розглядаючи її як позицію камери. Положення камери, , виражене в світових координатах дорівнюватиме (де є матрицею повороту).

При використанні камери, світло із зовнішнього середовища фокусується на площину зображення і робиться знімок. В результаті цього процесу отримуються проєкція даних відзнятих камеру із тривимірного в двовимірний простір(світло із 3D сцени збирається у двовимірне зображення). Кожен піксель зображення відповідає променю світла від початкової реальної сцени. Калібрування камери дозволяє визначити як вхідні світлові промені пов'язані з кожним пікселем на вихідному зображенні. Для ідеальної камери-обскура, простої проективної матриці буде достатньо аби це зробити. Для більш складних систем об'єктивів, помилки що є результатом не ідеального вирівнювання лінз і деформації їх структури може призвести до більш складних видів дисторсії в вихідному зображенні. Матриця проєкції камери походить від внутрішніх і зовнішніх параметрів камери, і зазвичай представляється у вигляді послідовності перетворень; тобто, матрицею внутрішніх параметрів, 3 × 3 матрицею повороту, і вектором переміщення. Проєкційна матриця камери може використовуватись для зв'язування точок в просторі зображення камери із координатами тривимірного світу.

Калібрування камери часто застосовується в застосуваннях стереобачення де проєкційні матриці камери двох камер використовуються аби розрахувати координати 3D світу для точки, яку бачать обидві камери.

Алгоритми калібрування Внутрішні й зовнішні параметри конкретної камери можна оцінювати різними способами. До поширених підходів належать метод прямого лінійного перетворення (DLT), метод Чжана та метод Цая. Вибір методу залежить від моделі камери, доступних калібрувальних даних і вимог до точності.

Метод Чжана У методі Чжана для кожного знімка встановлюють відповідності між відомими точками плоского калібрувального шаблону та їхніми проєкціями на зображенні. Для калібрування роблять кілька знімків плоского шаблону, змінюючи положення шаблону або камери. Спочатку для кожного знімка визначають гомографію між площиною шаблону та площиною зображення. З набору гомографій отримують початкову оцінку матриці внутрішніх параметрів, а також положення й орієнтацію камери для кожного кадру. Потім параметри камери та коефіцієнти дисторсії уточнюють нелінійною оптимізацією, мінімізуючи похибку повторного проєктування.

Див. також Доповнена реальність Восьмиточковий алгоритм Істотна матриця

Примітки

Посилання Zhang's Camera Calibration and Tsai's Calibration Softwares on LGPL licence Zhang's Camera Calibration Method with Software C++ Camera Calibration Toolbox with source code Camera Calibration Toolbox для Matlab The DLR CalDe and DLR CalLab Camera Calibration Toolbox Camera Calibration - Лекція по доповненій реальності в TU Muenchen, Німеччина Tsai's Approach Camera calibration (з використанням ARToolKit) A Four-step Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction