La resección de la cámara es el proceso de estimar los parámetros de un modelo de cámara estenopeica que se aproxima a la cámara que produjo una fotografía o video determinado. Por lo general, los parámetros de la cámara estenopeica se representan en una matriz de 3 × 4 denominada matriz de la cámara .
Este proceso a menudo se denomina calibración de cámara geométrica o simplemente calibración de cámara , aunque ese término también puede referirse a la calibración de cámara fotométrica .
La resección de la cámara determina qué luz entrante está asociada con cada píxel de la imagen resultante. En una cámara estenopeica ideal , una simple matriz de proyección es suficiente para hacer esto. Con sistemas de cámara más complejos, los errores resultantes de lentes desalineados y deformaciones en sus estructuras pueden resultar en distorsiones más complejas en la imagen final.
La matriz de proyección de la cámara se deriva de los parámetros intrínsecos y extrínsecos de la cámara y, a menudo, se representa mediante la serie de transformaciones; por ejemplo, una matriz de parámetros intrínsecos de la cámara, una matriz de rotación de 3 × 3 y un vector de traslación. La matriz de proyección de la cámara se puede utilizar para asociar puntos en el espacio de imagen de una cámara con ubicaciones en el espacio del mundo 3D.
La resección de la cámara se usa a menudo en la aplicación de visión estéreo donde las matrices de proyección de la cámara de dos cámaras se usan para calcular las coordenadas mundiales 3D de un punto visto por ambas cámaras.
Algunas personas llaman a esta calibración de cámara , pero muchas restringen el término calibración de cámara para la estimación de parámetros internos o intrínsecos únicamente.
En este contexto, usamos para representar una posición de punto 2D en coordenadas de píxeles y se usa para representar una posición de punto 3D en coordenadas mundiales . En ambos casos, se representan en coordenadas homogéneas (es decir, tienen un último componente adicional, que inicialmente, por convención, es un 1), que es la notación más común en robótica y transformaciones de cuerpo rígido .
En referencia al modelo de cámara estenopeica , se usa una matriz de cámara para denotar un mapeo proyectivo desde coordenadas mundiales hasta coordenadas de píxeles .
donde .
La matriz intrínseca contiene 5 parámetros intrínsecos del modelo de cámara específico. Estos parámetros abarcan la distancia focal , el formato del sensor de imagen y el punto principal . Los parámetros y representan la longitud focal en términos de píxeles, donde y son las inversas del ancho y la altura de un píxel en el plano de proyección y es la longitud focal en términos de distancia. [1] representa el coeficiente de sesgo entre el eje xy el eje y, y a menudo es 0. y representa el punto principal, que idealmente estaría en el centro de la imagen.
Los parámetros intrínsecos no lineales, como la distorsión de la lente, también son importantes, aunque no pueden incluirse en el modelo de cámara lineal descrito por la matriz de parámetros intrínsecos. Muchos algoritmos modernos de calibración de cámaras estiman estos parámetros intrínsecos también en forma de técnicas de optimización no lineal. Esto se hace optimizando la cámara y los parámetros de distorsión en forma de lo que generalmente se conoce como ajuste de paquete .
son los parámetros extrínsecos que denotan las transformaciones del sistema de coordenadas de las coordenadas del mundo 3D a las coordenadas de la cámara 3D. De manera equivalente, los parámetros extrínsecos definen la posición del centro de la cámara y el rumbo de la cámara en coordenadas mundiales. es la posición del origen del sistema de coordenadas mundial expresada en coordenadas del sistema de coordenadas centrado en la cámara. a menudo se considera erróneamente la posición de la cámara. La posición`` de la cámara expresada en coordenadas mundiales es (ya que es una matriz de rotación ).
La calibración de la cámara se usa a menudo como una etapa temprana en la visión por computadora .
Cuando se utiliza una cámara , la luz del entorno se enfoca en un plano de imagen y se captura. Este proceso reduce las dimensiones de los datos capturados por la cámara de tres a dos (la luz de una escena 3D se almacena en una imagen 2D). Por tanto, cada píxel del plano de la imagen corresponde a un rayo de luz de la escena original.
Hay muchos enfoques diferentes para calcular los parámetros intrínsecos y extrínsecos para una configuración de cámara específica. Los más comunes son:
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El modelo Zhang [2] [3] es un método de calibración de cámara que utiliza técnicas de calibración tradicionales (puntos de calibración conocidos) y técnicas de autocalibración (correspondencia entre los puntos de calibración cuando están en diferentes posiciones). Para realizar una calibración completa mediante el método Zhang, se requieren al menos tres imágenes diferentes del objetivo / medidor de calibración, ya sea moviendo el medidor o la propia cámara. Si algunos de los parámetros intrínsecos se dan como datos (ortogonalidad de la imagen o coordenadas del centro óptico), el número de imágenes necesarias se puede reducir a dos.
En un primer paso, se determina una aproximación de la matriz de proyección estimada entre el objetivo de calibración y el plano de la imagen usando el método DLT. [4] Posteriormente, aplicando técnicas de autocalibrado para obtener la imagen de la matriz cónica absoluta [Link]. La principal contribución del método de Zhang es cómo extraer un intrínseco restringido y números y parámetros de calibración de la pose del objetivo de calibración.
Suponga que tenemos una homografía que mapea puntos en un "plano de prueba" a puntos en la imagen.
Los puntos circulares se encuentran tanto en nuestro plano de sonda como en la cónica absoluta . Acostado, por supuesto, significa que también se proyectan sobre la imagen de la cónica absoluta (IAC) , así y . Los puntos circulares se proyectan como
De hecho, podemos ignorar mientras sustituimos nuestra nueva expresión de la siguiente manera:
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Es un algoritmo de 2 etapas, que calcula la pose (Orientación 3D y traslación de los ejes X e Y) en la primera etapa. En la segunda etapa, calcula la distancia focal, los coeficientes de distorsión y la traslación del eje z. [5]
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El método de calibración de la cámara de Selby [6] aborda la autocalibración de los sistemas de cámaras de rayos X. Los sistemas de cámaras de rayos X, que consisten en el tubo generador de rayos X y un detector de estado sólido, pueden modelarse como sistemas de cámaras estenopeicas, que comprenden 9 parámetros de cámara intrínsecos y extrínsecos. El registro basado en la intensidad basado en una imagen de rayos X arbitraria y un modelo de referencia (como un conjunto de datos tomográficos) se puede utilizar para determinar los parámetros relativos de la cámara sin la necesidad de un cuerpo de calibración especial o cualquier dato real del terreno.
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