ES2382233T3 - Método y aparato para calibrar una videocámara - Google Patents

Método y aparato para calibrar una videocámara Download PDF

Info

Publication number
ES2382233T3
ES2382233T3 ES08845641T ES08845641T ES2382233T3 ES 2382233 T3 ES2382233 T3 ES 2382233T3 ES 08845641 T ES08845641 T ES 08845641T ES 08845641 T ES08845641 T ES 08845641T ES 2382233 T3 ES2382233 T3 ES 2382233T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
camcorder
reference object
unit
internal
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES08845641T
Other languages
English (en)
Inventor
Kai Li
Jing Wang
Yuan Liu
Ping Fang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Device Co Ltd
Original Assignee
Huawei Device Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Device Co Ltd filed Critical Huawei Device Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2382233T3 publication Critical patent/ES2382233T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204—Marker
    • G06T2207/30208—Marker matrix

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Abstract

Un método para la calibración de una videocámara, que comprende: la obtención de parámetros internos y externos de la videocámara según una plantilla de referencia para calibrar preliminarmente la cámara y para registrar datos en el sistema de coordenadas universal de un objeto de referencia en el mismo entorno operativo con la plantilla de referencia y cuando la videocámara necesita recalibración, la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas, la obtención la parámetros internos y externos de la videocámara en el tiempo en función de los datos registrados y las imágenes del objeto de referencia para recalibrar de nuevo la videocámara.

Description

Método y aparato para calibrar una videocámara
5 CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una tecnología de procesamiento de imágenes y, en particular, a un método y un aparato para calibrar una videocámara.
10 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el sistema de visión en estéreo de una videocámara, con el fin de obtener la información de profundidad o paralaje de un objeto en el entorno operativo, es necesario obtener una relación de proyección entre las coordenadas de un punto determinado del objeto en el sistema de coordenadas universal y las coordenadas de un punto de creación de imágenes
15 del objeto del plano de imágenes. La tecnología de calibración de videocámara se desarrolla para registrar dicha información.
Esta tecnología está diseñada para obtener los parámetros internos y externos de la videocámara. Las características geométricas y ópticas de la videocámara se denominan parámetros internos y la relación de posición del sistema de
20 coordenadas de la videocámara con respecto al sistema de coordenadas espacial se denomina parámetros externos.
En general, se dispone de tres métodos para calibrar la videocámara, incluyendo los métodos de calibración tradicional, calibración basada en visión activa y autocalibración.
25 La calibración tradicional se refiere a: utilizar un bloque de calibración maquinado con precisión como la plantilla de referencia para calcular los parámetros internos y externos de la videocámara estableciendo una relación de correspondencia o mapeado, entre los puntos existentes en las coordenadas tridimensionales (3D) en el bloque de calibración y sus puntos de imágenes.
30 La calibración basada en visión activa se refiere a: controlar la videocámara para realizar un movimiento especial, por ejemplo, una rotación alrededor del centro óptico o desplazamiento en dirección horizontal y el cálculo de los parámetros internos en función de las características especiales de dicho movimiento.
La autocalibración se refiere a: suponiendo que no se cambia ningún parámetro interno y el mapeado entre puntos de
35 imagen se establece cuando se toman imágenes diferentes, la calibración de la videocámara en función de dicho mapeado entre los puntos de imagen y las limitaciones especiales entre los puntos de creación de imágenes en múltiples imágenes.
En el documento de Mackacek M. et al, “Calibración en dos etapas de un sistema de cámara estéreo para mediciones en
40 grandes volúmenes”, Meas. Sci. Technol. Vol. 14, páginas 1631 – 1639, 2003, se da a conocer un procedimiento de calibración en dos etapas en donde se necesiten calibraciones frecuentes.
A través de la investigación y de la práctica, el inventor ha identificado los siguientes problemas con la técnica antes citada.
1. Con respecto a la calibración tradicional, se necesita un bloque de calibración cada vez que se cambia el ángulo o la posición de la videocámara. Sin embargo, la colocación del bloque de calibración en un entorno operativo, durante un periodo prolongado de tiempo, puede hacer que el entorno operativo no sea armonioso y no está permitido en algunos entornos operativos. Además, es también incómodo sustituir el bloque de calibración cada vez que se
50 cambia el ángulo o la posición de la videocámara.
2. Con respecto a la calibración basada en la visión activa, la videocámara necesita comprobarse para realizar un movimiento especial. Dicho movimiento, sin embargo, no se puede percibir ni controlar en algunas circunstancias. En tales casos, no se podrá utilizar este método.
3. Con respecto a la autocalibración, la videocámara se calibra con el supuesto de que los parámetros internos permanecen invariables y se determina el mapeado entre los puntos de imagen. De este modo, la calibración no es precisa ni estable. Por lo tanto, dicho método no es aplicable si se cambia cualquier parámetro interno.
60 SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un método y un aparato para calibrar una videocámara se dan a conocer en las formas de realización de la presente invención. Dicho método y aparato son aplicables a múltiples entornos operativos y se caracterizan por su fácil manejo y alta precisión.
Un método para calibrar una videocámara se da a conocer en una forma de realización de la presente invención para resolver los problemas técnicos antes citados. Este método comprende:
la obtención de parámetros internos y externos de la videocámara según la plantilla de referencia y el registro de datos en el sistema de coordenadas universal del objeto de referencia en el entorno operativo y
cuando la videocámara necesita calibración, la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos tres perspectivas, la obtención de los parámetros internos y externos de la videocámara en función de los datos registrados del objeto de referencia y la calibración de la videocámara.
En una forma de realización de la presente invención, se da a conocer, además, un método para calibrar la videocámara. Este método comprende:
la obtención de parámetros internos y externos de la videocámara según la plantilla de referencia y el registro de datos del objeto de referencia en el entorno operativo y
cuando la videocámara necesita calibración, la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas, la obtención de los parámetros internos y externos de la videocámara en función de los datos registrados del objeto de referencia y la calibración de la videocámara.
Un aparato para calibrar la videocámara se da a conocer, además, en otra forma de realización de la presente invención. Este aparato comprende:
una unidad de calibración preliminar, adaptada para: obtener parámetros internos y externos de la videocámara según la plantilla de referencia y registrar, datos en el sistema de coordenadas universal, del objeto de referencia en el entorno operativo y
una unidad de recalibración, adaptada para: cuando la videocámara necesita calibración, la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos tres perspectivas, obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en función de los datos registrados del objeto de referencia y calibrar la videocámara.
Un aparato para calibrar la videocámara se da a conocer, además, en otra forma de realización de la presente invención. Este aparato comprende:
una unidad de calibración preliminar, adaptada para: obtener parámetros internos y externos de la videocámara según la plantilla de referencia y registrar datos del objeto de referencia en el entorno operativo y
una unidad de recalibración, adaptada para: cuando la videocámara necesita calibración, obtener imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas, obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en función de los datos registrados del objeto de referencia y calibrar la videocámara.
Según se describe en la solución técnica anterior, para calibrar una videocámara, se necesita solamente una plantilla de referencia cuando se toman imágenes de un nuevo entorno operativo. Durante la calibración preliminar, necesita registrarse la información del objeto de referencia siguiente. En tal caso, sólo es necesario mantener el objeto de referencia en el entorno operativo y se puede utilizar el objeto de referencia para calibrar la videocámara. Ya no es necesario utilizar la plantilla de referencia para la calibración cada vez se cambia el ángulo de toma de imagen o la posición de la videocámara, con lo que se simplifica el funcionamiento y es aplicable a varios entornos operativos. Además, dicha solución es también aplicable aún cuando el movimiento de la videocámara sea imperceptible o no susceptible de control. Además, puesto que una plantilla de referencia maquinada con precisión, con datos dados, se utiliza en la calibración preliminar y los datos del objeto de referencia, registrados en la calibración preliminar, son exactos, resulta bastante alta la precisión de la calibración en función de los datos del objeto de referencia.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es un diagrama de flujo de una primera forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención;
La Figura 2 representa un teselado;
La Figura 3 representa un rectángulo inscrito en un círculo;
La Figura 4 es un diagrama de flujo de una segunda forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención;
La Figura 5 muestra la relación entre el teselado, el objeto de referencia, el plano de imágenes y el sistema de coordenadas de la videocámara en una forma de realización de la presente invención;
La Figura 6 es un diagrama de flujo de una tercera forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención;
5 La Figura 7 representa la relación entre el rectángulo inscrito en el círculo, el plano de imágenes y el sistema de coordenadas de la videocámara en una forma de realización de la presente invención;
La Figura 8 representa una estructura de una primera forma de realización de un aparato para calibrar la videocámara de la presente invención;
10 La Figura 9 es un diagrama de flujo de una cuarta forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención y
La Figura 10 representa una estructura de una segunda forma de realización de un aparato para calibrar la videocámara 15 de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Un método y un aparato para calibrar la videocámara se dan a conocer en las formas de realización de la presente 20 invención. El método y aparato para calibrar la videocámara son aplicables a múltiples entornos operativos y se caracterizan por un fácil manejo y alta precisión.
La Figura 1 es un diagrama de flujo de una primera forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención. 25 Etapa 101: Se toman imágenes de una plantilla de referencia y de un objeto de referencia.
Cuando se utiliza la videocámara para la toma de imagen de un nuevo entorno operativo, necesita colocarse una plantilla de referencia en este entorno operativo y un objeto en la proximidad de la plantilla de referencia, en este entorno 30 operativo, se elige como el objeto de referencia.
En esta etapa, la plantilla de referencia puede ser un bloque de calibración maquinado con precisión o cualquier otro objeto con datos dados, tales como un teselado o un rectángulo inscrito en un círculo. La Figura 2 representa el teselado y la Figura 3 representa el rectángulo inscrito en un círculo.
35 En esta etapa, cualquier objeto en el entorno operativo se puede utilizar como el objeto de referencia si está suficientemente próximo a la plantilla de referencia para la toma de imágenes en el entorno operativo. Dadas varias opciones, se prefiere un objeto con características geométricas, por ejemplo:
40 un objeto cuasi-rectangular o cualquier objeto con diseño rectangular, tal como placas de identificación, notebooks, notepads, losetas de suelo y caracteres rectangulares en placas de identificación, que están todos ellos diseñados con ángulos rectos y líneas rectas, mientras que los caracteres en las placas de identificación son rectangulares;
un objeto redondo o cualquier objeto con diseño redondo, tal como jarras y nueve teclas redondas en un teléfono y
45 objetos lineales, tales como el contorno de un notebooks, plumas, tubos fluorescentes y líneas de intersección de paredes.
Una vez elegido el objeto de referencia, se toman imágenes, desde diferentes perspectivas, de la plantilla de referencia y 50 del objeto de referencia.
Etapa 102: La videocámara es preliminarmente calibrada y se registran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia.
55 Puesto que los datos de la plantilla de referencia se proporcionan por anticipado, los parámetros internos y externos de la videocámara se pueden obtener utilizando la plantilla de referencia. A continuación, se calibra la videocámara y se registran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia.
Etapa 103: La plantilla de referencia se desplaza alejándose. 60 En esta etapa, la plantilla de referencia se puede desplazar para facilitar operaciones posteriores.
Etapa 104: La videocámara se recalibra según el objeto de referencia.
Cuando la posición o el ángulo de toma de la videocámara se cambia debido a un cierto motivo y se requiere una nueva calibración, el objeto de referencia elegido en la calibración preliminar se puede utilizar para recalibrar la videocámara. Esto es así porque:
5 En la etapa 102, se proporcionan los datos de la plantilla de referencia y las posiciones de los puntos de características, en el objeto de referencia, se pueden registrar con exactitud en función de dicha plantilla de referencia. A continuación, para la videocámara, se proporcionan los datos del objeto de referencia. Por lo tanto, la videocámara se puede volver a calibrar según el objeto de referencia. Puesto que los datos del objeto de referencia registrados según la plantilla de referencia, en la calibración preliminar, es de alta precisión, será también alta la precisión de recalibración de la
10 videocámara en función del objeto de referencia.
El método para calibrar la videocámara, dado a conocer en la presente invención, se detalla mediante las formas de realización proporcionadas a continuación.
15 La Figura 4 es un diagrama de flujo de una segunda forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención, en donde se utiliza un teselado como la plantilla de referencia.
Etapa 401: El teselado utilizado como la plantilla de referencia y un objeto de referencia son objeto de toma de imagen.
20 Cuando la videocámara se utiliza para la toma de un nuevo entorno operativo, necesita colocarse un teselado utilizado como la plantilla de referencia en este entorno operativo y se elige un objeto en la proximidad del teselado como el objeto de referencia. El objeto que no es fácilmente alejado es un objeto preferido.
Una vez elegido el objeto de referencia, el teselado utilizado como la plantilla de referencia y el objeto de referencia se 25 toman por la videocámara desde al menos tres perspectivas.
Etapa 402: La videocámara se calibra en función de los datos dados del teselado.
La Figura 5 representa la relación entre el teselado, el objeto de referencia, el plano de imágenes y el sistema de 30 coordenadas de la videocámara.
En la Figura 5, XC YC ZC indica el sistema de coordenadas de la videocámara y XW YW ZW indica el sistema de coordenadas universal.
35 La relación geométrica de creación de imágenes entre el punto de imagen m(u, v) en el plano de imágenes 503 y el punto objeto espacial M (X, Y, 0) en el teselado 501 se muestra como sigue:
sm = K [R t] M.
40 El teselado 501 utilizado como la plantilla de referencia es una plantilla plana maquinada con precisión y se proporcionan todos los datos tales como el tamaño, la cantidad y secuencia de rejillas. Por lo tanto, los datos del punto objeto espacial en el teselado 501 también se proporcionan. Suponiendo que el teselado 501 está relacionado con el sistema de coordenadas universal Z = 0, la ecuación anterior se convierte en una matriz de proyección de perspectivas en caso de coordenadas homogéneas como sigue:
en donde K indica la matriz de parámetros internos de la videocámara;
indica las coordenadas homogéneas
del punto objeto espacial
en el teselado 501; indica las coordenadas homogéneas del punto
50 m(u, v) que corresponde a un punto proyectado desde el teselado 501 en el plano de imágenes 503 y R y t, respectivamente, indican la matriz de giro y el vector de traslación del sistema de coordenadas de la videocámara en relación con el sistema de coordenadas universal.
En función de las características de la matriz de giro, r1 y r2 indican vectores ortogonales, es decir,
y
. Cada imagen contenida mediante toma puede tener las dos limitaciones básicas siguientes en la matriz de parámetros internos:
Puesto que se desconocen cinco parámetros internos de la videocámara, cuando el número de imágenes obtenidas por la toma es igual o mayor que tres, estos cinco parámetros internos de la videocámara se pueden obtener, de forma única, por intermedio de la ecuación de la envolvente.
se obtiene el parámetro interno K y a continuación, la matriz de giro R y el vector de traslación t, junto con los parámetros internos de la videocámara, se pueden obtener como sigue:
Entonces, la calibración de la videocámara está completa.
Etapa 403: Se registran las posiciones de los puntos de características del objeto de referencia.
20 Los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara se utilizan para determinar las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia en la proximidad del teselado, esto es, las coordenadas de los puntos de características en el espacio 3D o en el sistema de coordenadas universal.
25 El proceso de registro se detalla como sigue.
En general, según la geometría proyectiva epipolar, se puede obtener lo siguiente:
30 en donde: mi y m’i, respectivamente, indican los dos puntos de imagen de los puntos espaciales Mi y M’i en el plano de proyección de la videocámara; !i y !’i indican, respectivamente, los dos factores de escala correspondientes de los puntos espaciales proyectados de la videocámara sobre el plano de imágenes; P y P’ indican, respectivamente, la matriz de proyección de la videocámara cuando los puntos espaciales se proyectan sobre el plano de imágenes
35 correspondiente; K indica la matriz de parámetros internos de la videocámara y [R, t] indica la matriz de parámetros externos de la videocámara, es decir, la matriz de giro y el vector de traslación.
En el caso de que los parámetros internos y externos de la videocámara se proporcionen, las coordenadas de los puntos espaciales se pueden deducir inversamente en función de los puntos de imágenes, según se indica a continuación: 40
indican las matrices pseudo-inversas de P y P’ ; Mi y M’i indican, respectivamente, los puntos espaciales de los puntos de 45 imagen mi y m’i que son inversamente proyectados en el espacio 3D y “≈” indica que solamente un factor de escala falta en la ecuación. Entonces, se registran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia. 50 Etapa 404: El teselado utilizado como la plantilla de referencia se desplaza alejándose. En este momento, el teselado usado como la plantilla de referencia se puede desplazar alejándose para facilitar las operaciones posteriores.
Etapa 405: La videocámara se recalibra en función del objeto de referencia.
Cuando la posición o el ángulo de toma de la videocámara se cambia debido a cierto motivo y se requiere una nueva 5 calibración, el objeto de referencia elegido, en la calibración preliminar, se puede utilizar para recalibrar la videocámara.
Suponiendo que se elige una placa de identificación como el objeto de referencia, la videocámara se puede volver a calibrar en función de la información registrada en la etapa 403 a cerca de las posiciones de los puntos de características en la placa de identificación utilizada como el objeto de referencia. Dicho de otro modo, el teselado se sustituye por la
10 placa de identificación calibrada y la placa de identificación se utiliza como una nueva plantilla de referencia para calibrar de nuevo la videocámara. Sus detalles son como sigue:
toma de imagen de la placa de identificación desde al menos tres perspectivas para obtener las imágenes correspondientes;
15 la utilización de la transformación de Hough para detectar las líneas rectas en la placa de identificación, tales como los cuatro bordes del lado del nombre, soporte de lados triangulares y líneas rectas en el carácter;
el ajuste de todas las líneas y el establecimiento de la ecuación de coordenadas para obtener las posiciones de vértices y 20 del punto en donde se produce la intersección de las diagonales y
la obtención de las coordenadas de puntos de imagen de caracteres en la placa de identificación y las correspondientes coordenadas de la placa de identificación en el sistema de coordenadas universal y la utilización de las coordenadas de imágenes de puntos de características, las coordenadas correspondientes en el sistema de coordenadas universal y la
25 ecuación lineal para obtener los parámetros internos y externos de la videocámara.
Actualmente, la videocámara es objeto de nueva calibración. Según se describió anteriormente, para calibrar la videocámara en esta forma de realización, se necesita una plantilla de referencia para calibración solamente cuando ha de efectuarse una toma de imagen en un nuevo entorno operativo. En la calibración preliminar, la información del 30 siguiente objeto de referencia necesita registrarse al mismo tiempo. A continuación, sólo es necesario mantener el objeto de referencia en el entorno operativo del que se va a tomar imagen y el objeto de referencia se puede utilizar para fines de calibración. Ya no es necesario utilizar la plantilla de referencia para calibración cada vez que se cambie la posición o el ángulo de toma de la videocámara, con lo que se simplifican las operaciones y se hace aplicable a varias entornos operativos. Además, dicha solución es también aplicable si el movimiento de la videocámara es imperceptible o no
35 susceptible de control. Además, puesto que una plantilla de referencia maquinada con precisión con datos dados se utiliza en la calibración preliminar y los datos del objeto de referencia registrados en la calibración preliminar son exactos, también es bastante alta la precisión de la calibración basada en los datos del objeto de referencia.
La Figura 6 es un diagrama de flujo de una tercera forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la 40 presente invención, en donde un rectángulo inscrito en un círculo se utiliza como la plantilla de referencia.
Etapa 601: Se realiza una toma de imagen del rectángulo inscrito en el círculo utilizado como la plantilla de referencia así como un objeto de referencia.
45 Cuando la videocámara se utiliza para la toma de imagen de un nuevo entorno operativo, un rectángulo inscrito en un círculo, que se utiliza como la plantilla de referencia, necesita colocarse en este entorno operativo y un objeto en la proximidad del rectángulo inscrito en el círculo se selecciona como el objeto de referencia. Se prefiere el objeto que no se toma fácilmente alejándose.
50 Una vez elegido el objeto de referencia, se toman imágenes del rectángulo inscrito en el círculo utilizado como la plantilla de referencia y del objeto de referencia desde al menos tres perspectivas.
Etapa 602: La videocámara es calibrada en función de datos dados del rectángulo inscrito en el círculo.
55 La Figura 7 representa la relación entre el rectángulo inscrito en el círculo, el plano de imágenes y el sistema de coordenadas de la videocámara.
En la Figura 7, la referencia 701 indica el sistema de coordenadas de la videocámara, 702 indica el plano de imágenes, 703 indica el rectángulo inscrito en el círculo utilizado como la plantilla de referencia y XW YW ZW indica el sistema de 60 coordenadas universal.
En primer lugar, el módulo se calibra para la videocámara.
El origen del sistema de coordenadas universal se establece en el centro del rectángulo inscrito en el círculo 703, con el eje Z perpendicular al plano en donde el rectángulo está inscrito en el círculo. Entonces, las correspondientes coordenadas homogéneas del punto [XW YW 0]T en el círculo se indican a continuación:
A continuación, VMi se establece para indicar los cuatro puntos en donde el círculo se intersecta con el rectángulo:
De este modo, las coordenadas homogéneas correspondientes al punto de imagen (u, v) en el círculo son:
15 La transformación de proyección de perspectivas, entre los puntos de imagen y las coordenadas universales es: sm = PM en donde:
P indica la matriz de transformación de proyección y ! indica el factor de escala;
25 K indica la matriz de parámetros internos de la videocámara;
R indica la matriz de giro de unidad de los parámetros externos de la videocámara y
indicando T el vector de traslación de los parámetros externos de la videocámara.
35 En este momento, se obtienen los parámetros internos y externos y se completa la calibración preliminar de la videocámara.
Etapa 603: Las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia se registran.
40 El proceso de registrar las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia comprende: la obtención de la solución de forma cerrada de la videocámara, la realización de una optimización no lineal y la determinación de las posiciones de los puntos de características en el objeto en la proximidad de la plantilla de referencia en función de los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara, en donde el proceso de obtención de la solución de forma cerrada de la videocámara comprende:
45 deducir la siguiente fórmula en función de la ecuación sm = PM: es decir:
en donde, a1, b1, c1, d1, e1, f1 dependen de los parámetros internos y externos de la videocámara.
En el sistema de coordenadas universal, los valores de las coordenadas del punto [XW YW 01]T, en el círculo, satisfacen la 10 ecuación siguiente:
en donde, r indica el radio del círculo del rectángulo inscrito en el círculo 703 y se proporcionan datos. Por lo tanto, se 15 puede deducir la fórmula siguiente:
Los cuatro lados del rectángulo que se proyectan en el plano de imágenes 702 se detectan por la transformación de 20 Hough y las líneas en donde están situados los cuatro lados se ajustan mediante una ecuación lineal como sigue:
Las líneas en donde los cuatro lados están situados en el plano de imágenes 702 se expresan en la ecuación siguiente:
Por lo tanto, se puede deducir las coordenadas de cuatro vértices Vmi del rectángulo que se proyecta sobre el plano de 35 imágenes 702, como sigue:
Estos cuatro vértices Vmi están situados también sobre una curva cuadrática, es decir, la curva de imagen de círculo proyectado sobre el plano de imágenes 702.
En función de las características no susceptibles de cambio de la proyección, las coordenadas del punto O’ en donde se intersectan las diagonales en el rectángulo que se proyecta sobre el plano de imágenes 702 son las coordenadas del punto de imagen del centro O del círculo que se proyecta sobre el plano de imágenes 702.
Los valores del punto de imagen (u, v) del círculo pueden satisfacer una ecuación cuadrática elíptica. Esta ecuación se puede determinar mediante cinco coordenadas incluyendo las coordenadas de los cuatro vértices y las coordenadas del punto donde se intersectan las diagonales en el rectángulo que se proyecta o los coeficientes de las curvas que se pueden obtener mediante un ajuste de curva cuadrático:
Tomando en consideración la forma cuadrática de álgebra avanzada, mT Qm = 0, en donde Q se expresa de forma de simétrica por los parámetros a, b, c, d, e y g:
Hasta ahora, se establece la relación entre cinco pares de puntos. Los cuatro vértices del rectángulo inscrito en el círculo 703 corresponden a los cuatro puntos correspondientes en el plano de imágenes 702 y el centro del rectángulo inscrito en el círculo 703 corresponde al punto correspondiente del plano de imágenes 702. Además, los valores de todos estos
15 pares de puntos pueden satisfacer la ecuación en donde los valores de los cuatro pares de vértices pueden satisfacer la ecuación siguiente:
Entonces, los resultados son:
Además, , en donde ! indica el factor de escala.
25 Sobre la base de las ecuaciones , (3) y (4), se puede obtener la solución de forma cerrada para los parámetros de la videocámara.
La realización de la optimización no lineal comprende:
30 la utilización de la solución de forma cerrada precedente como el valor inicial de la fórmula siguiente y la realización de la optimización no lineal para parámetros de la videocámara para obtener la función minimizada:
35 en donde, g (Mc) indica la proyección del punto Mc del círculo espacial sobre el plano de imágenes 702 y h(plMj) indica la proyección del punto plMj desde los cuatro lados del rectángulo inscrito en el círculo sobre el plano de imágenes 702.
El proceso de determinar las posiciones de los puntos de características del objeto en la proximidad de la plantilla de referencia en función de los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara comprende:
40 suponiendo que se elige una placa de identificación para ser el objeto de referencia, la utilización de la transformación de Hough para detectar los cuatro lados del rectángulo que se proyectan sobre el plano de imágenes 702 y mientras tanto, la detección de todas las líneas rectas en la placa de identificación, por ejemplo, los cuatro bordes del lado del nombre, que soporta lados triangulares y las líneas rectas en los caracteres; si el objeto de referencia presenta líneas de arco, la
45 detección de dichas líneas de arco; el ajuste lineal de la ecuación de coordenadas de cada línea recta utilizando el mismo método y la obtención de las coordenadas de cada vértice y las coordenadas de los puntos angulares y de los puntos extremos de caracteres, en el lado del nombre, en función de la intersección de las líneas rectas y
5 el cálculo de las coordenadas de cada punto de características en la placa de identificación en el espacio 3D y la obtención y registro de la posición relativa entre los puntos de características en el caso de que sm = PM, g(Mc) indica la
proyección del punto Mc del círculo espacial sobre el plano de imágenes 702, h(plMj) indica la proyección del punto plMj desde los cuatro lados del rectángulo inscrito en el círculo sobre el plano de imágenes 702, mediante el cual se obtiene el
10 punto de imagen y se proporciona la matriz de parámetros P de la videocámara, en donde la posición relativa incluye las líneas rectas entre dos puntos extremos del rectángulo, la distancia entre puntos, los puntos angulares de los caracteres, la distancia entre los puntos extremos y los lados del rectángulo y así sucesivamente.
Etapa 604: El rectángulo inscrito en el círculo utilizado como la plantilla de referencia se desplaza en el sentido de 15 alejarse.
En este momento, el rectángulo inscrito en el círculo, utilizado como la plantilla de referencia se puede desplazar para facilitar las operaciones posteriores.
20 Etapa 605: La videocámara se vuelve a calibrar en función del objeto de referencia.
Cuando la posición o ángulo de toma de la videocámara se cambia debido a un cierto motivo y se necesita una nueva calibración, el objeto de referencia elegido para la calibración preliminar se puede utilizar para volver a calibrar la videocámara.
25 El ejemplo de que un placa de identificación se elige como el objeto de referencia se utiliza aquí como elemento adicional. La videocámara se puede volver a calibrar en función de la información registrada en la etapa 603 a cerca de las posiciones de los puntos de características en la placa de identificación utilizada como el objeto de referencia. Dicho de otro modo, el teselado se sustituye por la placa de identificación calibrada y la placa de identificación se utiliza como
30 una nueva plantilla de referencia para volver a calibrar la videocámara. Los detalles correspondientes son como sigue:
la toma de imagen de la placa de identificación desde al menos tres perspectivas para obtener sus imágenes;
la utilización de la transformación de Hough para detectar las líneas rectas en la placa de identificación, tales como los 35 cuatro bordes del lado del nombre, soporte de lados triangulares y líneas rectas en los caracteres;
el ajuste de todas las líneas y el establecimiento de la ecuación de coordenadas para obtener la posición de cada vértice y del punto en donde se produce la intersección de las diagonales;
40 la obtención de las coordenadas del punto de imagen del carácter en la placa de identificación;
el cálculo y la obtención de los parámetros de la videocámara en función de las coordenadas de cada punto y la ecuación lineal utilizando el mismo método que se detalla en la etapa 603, esto es, la obtención de la solución de forma cerrada de la videocámara utilizando el rectángulo inscrito en el círculo y
45 la obtención del método de optimización no lineal utilizando el rectángulo inscrito en el círculo, según se describe en la etapa 603, para obtener finalmente los parámetros de la videocámara.
Actualmente, la videocámara está recalibrada. Según se describió anteriormente, para calibrar la videocámara en esta
50 forma de realización, se requiere una plantilla de referencia para calibración solamente cuando ha de tomarse imágenes de un nuevo entorno operativo. En la calibración preliminar, la información del siguiente objeto de referencia necesita registrarse al mismo tiempo. Entonces, sólo es necesario mantener el objeto de referencia en el entorno operativo que será objeto de toma de imagen y el objeto de referencia se puede utilizar para la calibración. Ya no es necesario utilizar la plantilla de referencia para fines de calibración cada vez que se cambia la posición o el ángulo de toma de la
55 videocámara, con lo que se simplifican las operaciones y se hace aplicable a varias entornos operativos. Además, dicha solución es también aplicable si el movimiento de la videocámara es imperceptible o no susceptible de control. Además, puesto que se utiliza una plantilla de referencia maquinada con precisión con datos dados en la calibración preliminar y los datos del objeto de referencia registrados en la calibración preliminar son exactos, la precisión de la calibración en función de los datos del objeto de referencia es bastante alta.
60 La Figura 8 representa una estructura de una primera forma de realización de un aparato para calibrar la videocámara de la presente invención. Este aparato comprende:
una unidad de calibración preliminar 810, adaptada para: obtener parámetros internos y externos de la videocámara en 65 función de una plantilla de referencia y para registrar datos de un objeto de referencia en el entorno operativo y
una unidad de recalibración 820, adaptada para: cuando la videocámara necesita calibración, obtener imágenes del objeto de referencia desde al menos tres perspectivas, obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en función de los datos registrados del objeto de referencia y para calibrar la videocámara.
La unidad de calibración preliminar 810 comprende:
una unidad de obtención de parámetros 811, adaptada para: obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en función de la plantilla de referencia y
una unidad de registro 812, adaptada para: registrar datos del objeto de referencia en el entorno operativo. Si se utiliza un teselado como la plantilla de referencia, la unidad de registro 812 comprende:
una primera unidad de registro 812a, adaptada para: según los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara sobre la base de la plantilla de referencia, la determinación y el registro de posiciones de los puntos de características, en el objeto de referencia, en la proximidad del teselado en el entorno operativo.
Si se utiliza un rectángulo inscrito en un círculo como la plantilla de referencia, la unidad de registro comprende:
una segunda unidad de registro 812b adaptada para: detectar las líneas rectas y/o las líneas de arco en el objeto de referencia, al mismo tiempo que se detectan las líneas rectas del rectángulo inscrito en el círculo y para registrar las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia.
La unidad de recalibración 820 comprende:
una unidad de obtención de imágenes 822 adaptada para: obtener las imágenes del objeto de referencia desde al menos tres perspectivas cuando se tenga que calibrar la videocámara y
una unidad de cálculo 821, adaptada para: detectar características del objeto de referencia para obtener posiciones de imágenes de los puntos de características y líneas, para obtener coordenadas de las imágenes de los puntos de características y líneas y las correspondientes coordenadas del objeto de referencia en un sistema de coordenadas universal y para calcular los parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de las imágenes de los puntos de características, las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y las ecuaciones de parámetros.
Si se utiliza una placa de identificación como el objeto de referencia, la unidad de cálculo 821 comprende, además, una unidad de cálculo de placa de identificación, adaptada para:
detectar las líneas rectas en las placas de identificación;
ajustar cada línea recta y establecer la ecuación de coordenadas para obtener posiciones de cada vértice y punto en donde se produce la intersección de las diagonales;
obtener las coordenadas de puntos de imagen de los caracteres en la placa de identificación y las correspondientes coordenadas de la placa de identificación en el sistema de coordenadas universal y
calcular los parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de las imágenes de los puntos de características, las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y la ecuación lineal.
Además, el método para calibrar la videocámara dado a conocer en las formas de realización de la presente invención comprende:
la obtención de los parámetros internos y externos de la videocámara en función de la plantilla de referencia;
el registro de los datos del objeto de referencia en el entorno operativo y
cuando la videocámara necesita calibración, la obtención de las imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas y los parámetros internos y externos de la videocámara adquiridos en función de los datos registrados del objeto de referencia para calibrar la videocámara.
La Figura 9 es un diagrama de flujo de una cuarta forma de realización de un método para calibrar la videocámara de la presente invención. En este método, se utiliza un teselado como la plantilla de referencia y se efectúa la toma de imagen por la videocámara desde al menos dos perspectivas, incluyendo las etapas siguientes:
Etapa 901: Se toman imágenes, desde al menos dos perspectivas, del teselado utilizado como la plantilla de referencia y un objeto de referencia.
Cuando la videocámara se utiliza para la toma de imágenes de un nuevo entorno operativo, un teselado utilizado como la plantilla de referencia necesita colocarse en este entorno operativo y un objeto en este entorno operativo, en la proximidad de este teselado, se elige como el objeto de referencia. El objeto que no es fácilmente tomado en sentido de
5 alejamiento es preferido.
Una vez elegido el objeto de referencia, el teselado utilizado como la plantilla de referencia y el objeto de referencia, se someten a la toma de imágenes desde al menos dos perspectivas.
10 Etapa 902: La videocámara se calibra en función de los datos dados del teselado.
La Figura 5 representa la relación entre el teselado, el objeto de referencia, el plano de imágenes y el sistema de coordenadas de la videocámara.
15 En la Figura 5, XC YC ZC indica el sistema de coordenadas de la videocámara y XW YW ZW indica el sistema de coordenadas universal.
La relación geométrica de creación de imágenes entre el punto de imagen m(u, v) en el plano de imágenes 503 y el punto objeto espacial M(X, Y, 0) en el teselado 501 se muestra como sigue:
en donde K indica la matriz triangular superior de los parámetros internos de la videocámara, según se muestra a continuación:
Esta autocalibración está diseñada para determinar la matriz de parámetros internos K de la videocámara, en donde:
30 ku indica la ampliación de la imagen en la dirección u (dirección horizontal) en pixels;
kv indica la amplificación de la imagen en la dirección v (dirección vertical) en pixels;
s indica el factor de distorsión del eje de coordenadas distorsionado de la cámara y
35 pu y pv indican las coordenadas de los puntos de principio en pixels.
Los parámetros ku y kv están estrechamente relacionados con la distancia focal de la videocámara. Si la matriz de sensibilización de la videocámara incluye pixels cuadrados (ku = kv) y s=0, ku y kv indican la distancia focal de la
40 videocámara en pixels. Si la matriz de sensibilización incluye pixels no cuadrados, por ejemplo, la videocámara que integra el dispositivo acoplado por carga (CCD), ku indica la relación en la distancia focal f al tamaño del pixel en la dirección u y kv indica la relación de la distancia focal f al tamaño del pixel en la dirección v.
Puesto que el teselado 501 utilizado como la plantilla de referencia es una plantilla plana maquinada con precisión y sus
45 datos, tales como el tamaño, la cantidad y secuencia de rejillas que se proporcionan, el punto de objeto espacial en el teselado 501 se proporcionan los datos correspondientes. Suponiendo que el teselado 501 está asociado al plano del sistema de coordenadas universal Z=0, la ecuación anterior se convierte en una matriz de proyección de perspectivas en el caso de coordenadas homogéneas como sigue:
En esta ecuación, K indica la matriz de parámetros internos de la videocámara;
indica las coordenadas
homogéneas del punto de objeto espacial
en el teselado 501;
indica las coordenadas homogéneas del punto m(u, v) que corresponde a un punto proyectado desde el teselado 501 en el plano de imágenes 503; R y t indican, respectivamente, la matriz de giro y el vector de traslación del sistema de coordenadas de la videocámara en relación con el sistema de coordenadas universal.
Según las características de la matriz de giro, r1 y r2 indican vectores ortogonales, es decir
10 Cada imagen obtenida por toma de imágenes puede presentar las dos limitaciones básicas siguientes sobre la matriz de parámetros internos:
15 Puesto que cinco parámetros internos de la videocámara son desconocidos, cuando el número de imágenes obtenidas mediante toma de imágenes es igual o superior a tres, esto cinco parámetros internos de la videocámara se pueden obtener, de forma única, aplicando la ecuación de la envolvente.
En la aplicación real, la definición estándar (SD) e incluso las videocámaras de alta definición (HD) han incorporado
20 técnicas cada vez más sofisticadas, se acorta la distancia entre las distancias focales en la dirección u y en la dirección v y el punto de principio de parámetros internos de la videocámara se aproxima al centro de las coordenadas de la imagen tomada. Por lo tanto, solamente necesita calcularse la distancia focal de las videocámaras en numerosos casos. Con respecto a los parámetros internos de la videocámara, sin embargo, el punto de principio se puede establecer para que sea el centro de la imagen tomada, por ejemplo. De este modo, solamente ha de obtenerse un parámetro. Por lo tanto,
25 cuando han de tomarse dos o más imágenes, la distancia focal de la videocámara se puede obtener, de forma única, aplicando la ecuación lineal.
, se puede obtener el parámetro interno K. De este modo, la matriz de giro R y el vector de traslación t utilizados como parámetros externos de la videocámara se 30 pueden obtener como sigue:
Entonces, la calibración de la videocámara está completa. 35 Etapa 903: Se registran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia.
Los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara se utilizan para determinar posiciones de los puntos de características en el objeto en la proximidad del teselado, es decir, las coordenadas de los puntos de características en el 40 espacio 3D o en el sistema de coordenadas universal.
El proceso de registro se detalla como sigue.
En general, según la geometría proyectiva epipolar, se puede obtener lo siguiente: 45
en donde, mi y m’i, indican, respectivamente, los dos puntos de imagen de los puntos espaciales Mi y M’i en el plano de proyección de la videocámara, !i y !’i indican, respectivamente, los dos factores de escala de los puntos espaciales 50 proyectados de la videocámara sobre el plano de imágenes; P y P’ indican, respectivamente, la matriz de proyección de la videocámara cuando los puntos espaciales se proyectan sobre el plano de imágenes correspondiente; K indica la matriz de parámetros internos de la videocámara [R, t] indica la matriz de parámetros externos de la videocámara, es
decir, la matriz de giro y el vector de traslación.
Dados los parámetros internos y externos disponibles de la videocámara, las coordenadas de los puntos espaciales se pueden deducir inversamente en función de los puntos de imagen, según se muestra a continuación:
indican las matrices pseudo-inversas de P y P’,
; Mi y M’i indican, respectivamente, los puntos espaciales de puntos de imagen mi y m’i proyectados inversamente en el espacio 3D y “≈” indica que solamente falta un factor de escala en la fórmula.
10 A continuación, se registran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia.
Etapa 904: El teselado utilizado como la plantilla de referencia se desplaza en el sentido de alejarse.
15 En este momento, el teselado utilizado como la plantilla de referencia se puede desplazar en sentido de alejarse para facilitar las operaciones posteriores.
Etapa 905: La videocámara se vuelve a calibrar en función del objeto de referencia.
20 Cuando la posición o el ángulo de toma de imagen de la videocámara se cambia debido a un cierto motivo y se necesita una nueva calibración, el objeto de referencia en la calibración preliminar, se puede utilizar para volver a calibrar la videocámara.
Suponiendo que se elige una placa de identificación como el objeto de referencia, la videocámara se puede recalibrar en
25 función de la información registrada en la etapa 903 a cerca de las posiciones de los puntos de características en la placa de identificación utilizada como el objeto de referencia. Dicho de otro modo, el teselado se sustituye por la placa de identificación calibrada y la placa de identificación se utiliza como una nueva plantilla de referencia para recalibrar la videocámara. Sus detalles son como sigue:
30 la toma de imagen de la placa de identificación desde al menos dos perspectivas para obtener las imágenes;
la utilización de la transformación de Hough para detectar las líneas rectas en la placa de identificación, tales como los cuatro bordes en el lado del nombre, el soporte de los lados triangulares y de las líneas rectas en el carácter;
35 el ajuste de todas las líneas y el establecimiento de la ecuación de coordenadas para obtener las posiciones de cada vértice y punto en donde se produce la intersección de las diagonales y
la obtención de las coordenadas de puntos de imagen de los caracteres en la placa de identificación y las correspondientes coordenadas de la placa de identificación en el sistema de coordenadas universal y el cálculo de los
40 parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de las imágenes de los puntos de características, de las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y de la ecuación lineal.
Actualmente, la videocámara está recalibrada. Según se describió anteriormente, para calibrar la videocámara en esta forma de realización, se necesita una plantilla de referencia para calibración solamente cuando ha de tomarse la imagen 45 de un nuevo entorno operativo. En la calibración preliminar, la información del objeto de referencia siguiente necesita registrarse al mismo tiempo. Entonces, solamente es necesario mantener el objeto de referencia en el entorno operativo del que se van a tomar imágenes y el objeto de referencia se puede utilizar para calibración. Ya no es necesario utilizar la plantilla de referencia para calibración cada vez cuando se cambia la posición o el ángulo de toma de imagen de la videocámara, con lo que se simplifican las operaciones y se hace aplicable a varios entornos operativos. Además, dicha
50 solución es también aplicable si el movimiento de la videocámara es imperceptible o no susceptible de control. Además, puesto que una plantilla de referencia maquinada con precisión, con los datos dados, se utiliza en la calibración preliminar y los datos del objeto de referencia registrados en la calibración preliminar son exactos, la precisión de la calibración en función de los datos del objeto de referencia es bastante alta.
55 Además, cuando se utiliza un rectángulo inscrito en un círculo como la plantilla de referencia, la plantilla de referencia puede ser objeto de toma de imágenes desde al menos dos perspectivas.
La Figura 10 representa una estructura de una segunda forma de realización de un aparato para calibrar la videocámara de la presente invención. Este aparato comprende:
60 una unidad de calibración preliminar 1010, adaptada para: obtener parámetros internos y externos de la videocámara en función de una plantilla de referencia y para registrar datos de un objeto de referencia en el entorno operativo y
una unidad de recalibración 1020, adaptada para: cuando la videocámara necesita calibración, para obtener imágenes 5 del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas, para obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en función de los datos registrados del objeto de referencia y para calibrar la videocámara.
La unidad de calibración preliminar 1010 comprende:
10 una unidad de obtención de parámetros 1011, adaptada para obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en función de la plantilla de referencia y
una unidad de registro 1012, adaptada para registrar los datos del objeto de referencia en el entorno operativo.
15 La unidad de recalibración 1020 comprende:
una unidad de obtención de imagen 1022 adaptada para: obtener las imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas cuando haya de calibrarse la videocámara y
20 una unidad de cálculo 1021, adaptada para: detectar características del objeto de referencia para obtener posiciones de imágenes de los puntos de características y líneas, para obtener coordenadas de las imágenes de los puntos de características y líneas y las correspondientes coordenadas del objeto de referencia en un sistema de coordenadas universal y para calcular los parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de las imágenes de los puntos de características, las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y
25 las ecuaciones de parámetros.
Para los expertos en esta técnica será evidente que la totalidad o algunas etapas descritas en las formas de realización anteriores se pueden poner en práctica mediante un hardware relacionado bajo las instrucciones de programas. Los programas se pueden memorizar en un medio de almacenamiento legible, por ejemplo, una memoria de lectura
30 solamente (ROM), un disco magnético o un disco óptico.
Un método y un aparato para calibrar la videocámara se dan a conocer en las formas de realización de la presente invención. Esta solicitud elabora ejemplos concretos que implican los principios y la puesta en práctica de la presente invención para facilitar el entendimiento de los métodos e ideas básicas de la presente invención.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un método para la calibración de una videocámara, que comprende:
    la obtención de parámetros internos y externos de la videocámara según una plantilla de referencia para calibrar preliminarmente la cámara y para registrar datos en el sistema de coordenadas universal de un objeto de referencia en el mismo entorno operativo con la plantilla de referencia y
    cuando la videocámara necesita recalibración, la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas, la obtención la parámetros internos y externos de la videocámara en el tiempo en función de los datos registrados y las imágenes del objeto de referencia para recalibrar de nuevo la videocámara.
  2. 2.
    El método para la calibración de la videocámara según la reivindicación 1, en donde:
    la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas comprende: la obtención de imágenes del objeto de referencia desde al menos tres perspectivas.
  3. 3.
    El método para la calibración de la videocámara según la reivindicación 1 o 2, en donde:
    el registro de los datos del objeto de referencia en el mismo entorno operativo con la plantilla de referencia comprende: la determinación y el registro de posiciones de puntos de características en el objeto de referencia, en la proximidad de la plantilla de referencia en el entorno operativo, en función de los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara según la plantilla de referencia.
  4. 4.
    El método para la calibración de la videocámara según la reivindicación 3, en donde: la plantilla de referencia es un rectángulo inscrito en un círculo y
    los puntos de características en el objeto de referencia comprende: los puntos de características en las líneas rectas y/o las líneas de arcos en el objeto de referencia.
  5. 5.
    El método para la calibración de la videocámara según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde:
    el objeto de referencia es una placa de identificación y
    la obtención de los parámetros internos y externos de la videocámara, en el tiempo, basados en los datos y las imágenes registradas del objeto de referencia, para recalibrar la videocámara, comprende: detectar líneas rectas de la placa de identificación en las imágenes obtenidas; ajustar cada línea recta y establecer una ecuación de coordenadas para obtener posiciones de cada vértice y punto en donde se intersectan las diagonales, la obtención de coordenadas de puntos de imágenes de caracteres en la placa de identificación y las correspondientes coordenadas de la placa de identificación en un sistema de coordenadas universal y el cálculo de los parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de imágenes de los puntos de características, las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y ecuaciones lineales.
  6. 6. Un aparato para calibrar una videocámara, que comprende:
    una unidad de calibración preliminar, adaptada para: obtener parámetros internos y externos de la videocámara según una plantilla de referencia y para registrar datos en el sistema de coordenadas universal de un objeto de referencia en el mismo entorno operativo con la plantilla de referencia y
    una unidad de recalibración, adaptada para: cuando la videocámara necesita recalibración, obtener imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas, obtener los parámetros internos y externos de la videocámara en el tiempo según los datos registrados del objeto de referencia para recalibrar la videocámara.
  7. 7. El aparato para calibrar la videocámara según la reivindicación 6, en donde la unidad de calibración preliminar comprende:
    una unidad de obtención de parámetros, adaptada para: obtener los parámetros internos y externos de la videocámara según la plantilla de referencia y
    una unidad de registro adaptada para: registrar los datos del objeto de referencia en el entorno operativo.
  8. 8.
    El aparato para calibrar la videocámara según la reivindicación 7, en donde: la plantilla de referencia es un teselado y
    la unidad de registro comprende una primera unidad de registro, adaptada para: según los parámetros internos y externos obtenidos de la videocámara basados en la plantilla de referencia, determinar y registrar posiciones de puntos de características en el objeto de referencia, en la proximidad del teselado en el entorno operativo.
  9. 9.
    El aparato para calibrar la videocámara según la reivindicación 7 u 8, en donde: la plantilla de referencia es un rectángulo inscrito en un círculo y
    la unidad de registro comprende una segunda unidad de registro, adaptada para: cuando se detecta líneas rectas del 5 rectángulo inscrito en el círculo, detectar líneas rectas y/o líneas de arcos en el objeto de referencia y registrar posiciones de puntos de características en el objeto de referencia.
  10. 10. El aparato para calibrar la videocámara según una de las reivindicaciones 6 a 9, en donde la unidad de recalibración comprende:
    10 una unidad de obtención de imágenes, adaptada para: obtener las imágenes del objeto de referencia desde al menos dos perspectivas cuando la videocámara ha de recalibrarse y
    una unidad de cálculo, adaptada para: detectar las características del objeto de referencia para obtener posiciones de
    15 imágenes de los puntos de características y de líneas; obtener coordenadas de las imágenes de los puntos de características y de las líneas y de las correspondientes coordenadas del objeto de referencia en un sistema de coordenadas universal y
    calcular los parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de las imágenes de los
    20 puntos de características, de las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y de las ecuaciones de parámetros.
  11. 11. El aparato para calibrar la videocámara según la reivindicación 10, en donde:
    25 el objeto de referencia es una placa de identificación y
    la unidad de cálculo comprende una unidad de cálculo de placa de identificación, adaptada para: detectar líneas rectas de la placa de identificación; ajustar cada línea recta y establecer una ecuación de coordenadas para obtener posiciones de cada vértice y punto en donde se produce la intersección de las diagonales; obtener coordenadas de puntos de
    30 imágenes de caracteres en la placa de identificación y las correspondientes coordenadas de la placa de identificación en el sistema de coordenadas universal y para calcular los parámetros internos y externos de la videocámara en función de las coordenadas de las imágenes de los puntos de características, las correspondientes coordenadas en el sistema de coordenadas universal y las ecuaciones lineales.
    Se realiza una toma de imagende la plantilla de referencia y del objeto de referencia
    La videocámara es preliminarmente calibrada y seregistran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia
    La plantilla de referencia se desplaza alejándose
    La videocámara se recalibra en función del objeto dereferencia
    Figura 1
    Figura 2
    Figura 3
    Se realiza la toma de imagendel teselado utilizado como la plantilla de referencia y el objeto de referencia
    La videocámara se calibra en función de los datos dados del teselado
    Se registran las posiciones delos puntos de características en el objeto de referencia
    La plantilla de referencia se desplaza alejándose
    La videocámara se recalibra en función del objeto de referencia
    Figura 4 Figura 5
    Se realiza una toma de imagen del rectángulo inscrito en un círculoutilizado como la plantilla de referencia y el objeto de referencia
    La videocámara se calibra en función de los datos dados del rectángulo inscrito en un círculo
    Se registran las posiciones de los puntos de características en el objeto de referencia
    La plantilla de referencia se desplaza alejándose
    La videocámara se recalibra en
    función del objeto de referencia
    Figura 6
    Unidad de obtención de parámetros
    Figura 7
    Primera unidad de registro
    Segunda unidad de registro
    Unidad de registro
    Unidad de calibración preliminar
    Unidad de cálculo
    Unidad de obtención de imagen
    Unidad de recalibración
    Figura 8
    Se realiza una toma de imagen del teselado usado como la plantilla de referencia y el objeto de referencia desde al menos dos perspectivas
    La videocámara se calibra en función de los datos dados del teselado
    Se registran las posiciones delos puntos de características en el objeto de referencia
    La plantilla de referencia se desplaza alejándose
    La videocámara se recalibra en función del objeto de referencia
    Figura 9
    Unidad de Unidadobtención de de registro
    parámetros Unidad de calibración preliminar
    Figura 10 Unidad de cálculo
    Unidad de obtención de imagen
    Unidad de recalibración
ES08845641T 2007-10-24 2008-10-23 Método y aparato para calibrar una videocámara Active ES2382233T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200710182044 2007-10-24
CN2007101820440A CN101419705B (zh) 2007-10-24 2007-10-24 摄像机标定的方法及装置
PCT/CN2008/072800 WO2009056050A1 (en) 2007-10-24 2008-10-23 Video camera calibration method and device thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2382233T3 true ES2382233T3 (es) 2012-06-06

Family

ID=40590557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES08845641T Active ES2382233T3 (es) 2007-10-24 2008-10-23 Método y aparato para calibrar una videocámara

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8436904B2 (es)
EP (1) EP2202686B1 (es)
CN (1) CN101419705B (es)
AT (1) ATE548711T1 (es)
ES (1) ES2382233T3 (es)
WO (1) WO2009056050A1 (es)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2582112A1 (en) * 2006-03-13 2007-09-13 Clemex Technologies Inc. System and method for automatic measurements and calibration of computerized magnifying instruments
CN101419705B (zh) 2007-10-24 2011-01-05 华为终端有限公司 摄像机标定的方法及装置
CN101527040B (zh) 2008-03-05 2012-12-19 华为终端有限公司 图像处理方法及系统
CN101980292B (zh) * 2010-01-25 2012-01-18 北京工业大学 一种基于正八边形模板的车载摄像机内参数的标定方法
CN101826206B (zh) * 2010-03-31 2011-12-28 北京交通大学 一种相机自定标的方法
CN102692183B (zh) * 2011-03-23 2014-10-22 比比威株式会社 多台摄像机的初始位置和姿势的计量方法
CN102353340B (zh) * 2011-06-08 2013-08-28 天津大学 缸盖毛坯加工尺寸识别方法及装置
CN102368137B (zh) * 2011-10-24 2013-07-03 北京理工大学 嵌入式标定立体视觉系统
US9286678B2 (en) * 2011-12-28 2016-03-15 Pelco, Inc. Camera calibration using feature identification
US10235747B2 (en) * 2012-03-09 2019-03-19 Disney Enterprises, Inc. System and method for determining the current parameters of a zoomable camera
US9338447B1 (en) * 2012-03-14 2016-05-10 Amazon Technologies, Inc. Calibrating devices by selecting images having a target having fiducial features
US20130259403A1 (en) * 2012-04-03 2013-10-03 Oluwatosin Osinusi Flexible easy-to-use system and method of automatically inserting a photorealistic view of a two or three dimensional object into an image using a cd,dvd or blu-ray disc
EP2709350B1 (en) * 2012-09-14 2015-06-03 Axis AB Configuration of image capturing settings
CN103260008B (zh) * 2012-11-21 2016-12-07 上海申瑞电网控制系统有限公司 一种影像位置到实际位置的射影转换方法
CN103198481B (zh) * 2013-04-03 2015-10-28 天津大学 一种摄像机标定方法
CA2819956C (en) 2013-07-02 2022-07-12 Guy Martin High accuracy camera modelling and calibration method
US9307231B2 (en) 2014-04-08 2016-04-05 Lucasfilm Entertainment Company Ltd. Calibration target for video processing
US9641830B2 (en) 2014-04-08 2017-05-02 Lucasfilm Entertainment Company Ltd. Automated camera calibration methods and systems
USD751627S1 (en) 2014-09-30 2016-03-15 Lucasfilm Entertainment Company Ltd. Camera calibration tool
GB2532077B (en) 2014-11-10 2017-11-22 Vision Rt Ltd Method of calibrating a patient monitoring system for use with a radiotherapy treatment apparatus
CN104601978A (zh) * 2015-01-06 2015-05-06 北京中科广视科技有限公司 自由视点图像的获取系统与方法
CN105094739B (zh) * 2015-08-25 2018-06-12 北京航空航天大学 一种基于移动终端前置摄像头的多终端屏幕自动拼接方法
US10210625B2 (en) * 2015-10-30 2019-02-19 Industrial Technology Research Institute Measurement system comprising angle adjustment module
CN105701496B (zh) * 2016-01-12 2019-07-05 北京万同科技有限公司 一种基于人工智能技术的围棋盘面识别方法
EP3264359B1 (en) 2016-06-28 2025-02-19 Dassault Systèmes A computer-implemented method of calibrating a camera
EP3264360B1 (en) * 2016-06-28 2025-01-22 Dassault Systèmes Dynamical camera calibration
US20180091797A1 (en) * 2016-09-27 2018-03-29 The Boeing Company Apparatus and method of compensating for relative motion of at least two aircraft-mounted cameras
CN107103627B (zh) * 2017-04-27 2020-12-11 深圳市天双科技有限公司 一种基于车道线的汽车全景摄像头外部参数标定方法
CN107204017A (zh) * 2017-06-08 2017-09-26 爱佩仪中测（成都）精密仪器有限公司 一种三维测量中的单个摄像机标定方法
CN107464266B (zh) * 2017-08-30 2019-09-13 广州视源电子科技股份有限公司 摄像机标定参数的校正方法、装置、设备和存储介质
CN109523597B (zh) * 2017-09-18 2022-06-03 百度在线网络技术（北京）有限公司 相机外参的标定方法和装置
JP6611833B2 (ja) * 2018-01-16 2019-11-27 キヤノン株式会社 放射線撮影システム、並びに、カメラ制御装置及びその制御方法
CN108830906B (zh) * 2018-05-31 2023-10-24 福州大学 一种基于虚拟双目视觉原理的摄像机参数自动标定方法
CN109272551B (zh) * 2018-08-03 2022-04-01 北京航空航天大学 一种基于圆形标志点布局的视觉定位方法
CN109472829B (zh) * 2018-09-04 2022-10-21 顺丰科技有限公司 一种物体定位方法、装置、设备和存储介质
CN109767473B (zh) * 2018-12-30 2022-10-28 惠州华阳通用电子有限公司 一种全景泊车装置标定方法及装置
CN109934878B (zh) * 2019-03-25 2020-11-27 合肥工业大学 一种基于相机坐标系的线性标定系统及其方法
CN110308720B (zh) * 2019-06-21 2021-02-23 北京三快在线科技有限公司 一种无人配送装置及其导航定位方法、装置
US10964058B2 (en) 2019-06-21 2021-03-30 Nortek Security & Control Llc Camera auto-calibration system
CN110162098A (zh) * 2019-07-03 2019-08-23 安徽理工大学 一种矿用无人机
CN110910456B (zh) * 2019-11-22 2020-09-29 大连理工大学 基于Harris角点互信息匹配的立体相机动态标定方法
CN113218361B (zh) * 2020-01-21 2023-02-17 上海汽车集团股份有限公司 摄像机测距方法及装置
CN111739090B (zh) * 2020-08-21 2020-12-04 歌尔光学科技有限公司 视场的位置确定方法及装置和计算机可读存储介质
CN111896032B (zh) * 2020-09-29 2021-09-03 北京清微智能科技有限公司 一种单目散斑投射器位置的标定系统及方法
CN112509058B (zh) * 2020-11-30 2023-08-22 北京百度网讯科技有限公司 外参的计算方法、装置、电子设备和存储介质
CN113079369B (zh) * 2021-03-30 2022-12-06 浙江大华技术股份有限公司 摄像设备的确定方法及装置、存储介质、电子装置
CN113329181B (zh) * 2021-06-08 2022-06-14 厦门四信通信科技有限公司 一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质
CN116433535B (zh) * 2023-06-12 2023-09-05 合肥埃科光电科技股份有限公司 一种二次曲线拟合的点坐标去畸变方法、系统及存储介质

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444481A (en) * 1993-01-15 1995-08-22 Sanyo Machine Works, Ltd. Method of calibrating a CCD camera
IL107835A (en) * 1993-12-02 1996-07-23 Genop Ltd Method and system for testing the performance of a device for use with an electro-optical system
GB9601101D0 (en) * 1995-09-08 1996-03-20 Orad Hi Tech Systems Limited Method and apparatus for automatic electronic replacement of billboards in a video image
US5878151A (en) * 1996-10-31 1999-03-02 Combustion Engineering, Inc. Moving object tracking
US7023472B1 (en) * 1999-04-23 2006-04-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Camera calibration using off-axis illumination and vignetting effects
JP4501239B2 (ja) * 2000-07-13 2010-07-14 ソニー株式会社 カメラ・キャリブレーション装置及び方法、並びに、記憶媒体
KR100386090B1 (ko) * 2001-04-02 2003-06-02 한국과학기술원 동심원 패턴을 이용한 카메라 내부변수 보정시스템 및카메라 보정방법
JP3761491B2 (ja) * 2002-05-10 2006-03-29 Ｎｅｃビューテクノロジー株式会社 投射映像の歪補正方法、歪補正プログラム及び投射型映像表示装置
US7563748B2 (en) 2003-06-23 2009-07-21 Cognis Ip Management Gmbh Alcohol alkoxylate carriers for pesticide active ingredients
DE102004033468A1 (de) * 2004-06-05 2005-12-22 Adc Automotive Distance Control Systems Gmbh Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera
CN100583151C (zh) * 2006-09-22 2010-01-20 东南大学 三维扫描系统中双摄像机标定方法
CN100449459C (zh) * 2006-12-27 2009-01-07 北京航空航天大学 一种单摄像机虚拟鼠标系统的校准方法
CN100461220C (zh) * 2007-03-30 2009-02-11 东南大学 三维扫描系统中的基于固定参数与可变参数的标定方法
CN101419705B (zh) 2007-10-24 2011-01-05 华为终端有限公司 摄像机标定的方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101419705B (zh) 2011-01-05
EP2202686A4 (en) 2010-10-20
EP2202686A1 (en) 2010-06-30
EP2202686B1 (en) 2012-03-07
CN101419705A (zh) 2009-04-29
ATE548711T1 (de) 2012-03-15
US20100259624A1 (en) 2010-10-14
US8436904B2 (en) 2013-05-07
WO2009056050A1 (en) 2009-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2382233T3 (es) Método y aparato para calibrar una videocámara
CN111536902B (zh) 一种基于双棋盘格的振镜扫描系统标定方法
ES2321552T3 (es) Procedimiento para calibrar un sistema de medicion.
US9928595B2 (en) Devices, systems, and methods for high-resolution multi-view camera calibration
JP4425349B2 (ja) 半導体製造に用いる複数視野較正プレート
CN113160333B (zh) 参数优化相机标定方法
CN105486289B (zh) 一种激光摄影测量系统及相机标定方法
CN104299218B (zh) 基于镜头畸变规律的投影仪标定方法
CN101727670B (zh) 一种可变幅面多相机系统柔性标定方法及装置
CN106990776B (zh) 机器人归航定位方法与系统
CN108921901A (zh) 一种基于精密二轴转台和激光跟踪仪的大视场相机标定方法
CN104240262B (zh) 一种用于摄影测量的相机外参数标定装置及标定方法
CN109242915A (zh) 基于多面立体靶标的多相机系统标定方法
CN105551039A (zh) 结构光三维扫描系统的标定方法及装置
CN110262048B (zh) 集成成像光场显示系统透镜阵列的校准方法
CN106887023A (zh) 用于双目摄像机标定的标定板及其标定方法和标定系统
CN205333067U (zh) 一种激光摄影测量系统
CN102136140B (zh) 一种基于矩形图样的视频图像距离检测方法
US20200007843A1 (en) Spatiotemporal calibration of rgb-d and displacement sensors
CN106447733A (zh) 颈椎活动度及活动轴线位置的确定方法、系统及装置
CN105894511A (zh) 标定靶设置方法、装置及停车辅助系统
CN111754584A (zh) 一种远距离大视场相机参数标定系统和方法
JP7469989B2 (ja) カメラ校正板
JP2011155412A (ja) 投影システムおよび投影システムにおける歪み修正方法
CN112945109B (zh) 基于水平位移台的激光位移计阵列系统参数标定方法