Αυτόματη βαθμονόμηση μηχανής από πολλαπλούς καννάβους με τυχαίο προσανατολισμό

Κάβκα, Μόνικα Σάρα

Camera calibration using multiple unordered coplanar checkerboards

Διπλωματική εργασία

Author

Κάβκα, Μόνικα Σάρα

Date

2021-10-13

Advisor

Πέτσα, Έλλη
Grammatikopoulos, Lazaros

Kawka_Diploma_Thesis_2021.pdf (4.992Mb)

Keywords

Principal Component Analysis ; Βαθμονόμηση μηχανής ; Μέθοδος δέσμης με αυτοβαθμονόμηση ; Προβολικός μετασχηματισμός ; Ομογραφία ; Δισδιάστατος μετασχηματισμός στερεού σώματος ; Αυτόματος εντοπισμός σημείων ; Αυτόματος εντοπισμός καννάβων ; Προσεγγιστικές τιμές

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τον πλήρως αυτόματο προσδιορισμό του εσωτερικού προσανατολισμού μηχανής από λήψεις πολλαπλών καννάβων (σκακιέρες) τυχαίου προσανατολισμού. Ο αλγόριθμος που προτείνεται εδώ εντοπίζει αρχικά τους κόμβους κάθε σκακιέρας στις εικόνες, δεδομένης της γνωστής διάστασης των σκακιερών. Στη συνέχεια, εφαρμόζει την μέθοδο PCA (Principal Component Analysis) για τον υπολογισμό προσεγγιστικών τιμών για τους δισδιάστατους μετασχηματισμούς στερεού σώματος, οι οποίοι συνδέουν όλες τις σκακιέρες με την κεντρική. Επιπλέον, υπολογίζονται οι προσεγγιστικές τιμές των μετασχηματισμών ομογραφίας ως προς την κεντρική σκακιέρα. Σε δεύτερο βήμα, προσδιορίζονται οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων των δύο αυτών μετασχηματισμών μέσω μη γραμμικών συνορθώσεων. Με τη χρήση των τελικών ομογραφιών, ο αλγόριθμος υπολογίζει αρχικές τιμές για τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισμού καθώς και των εξωτερικών προσανατολισμών των εικόνων. Τέλος, οι βέλτιστες τιμές για τις παραμέτρους του εσωτερικού προσανατολισμού της μηχανής λήψης εκτιμώνται μέσω συνόρθωσης δέσμης. Στην εργασία αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο της μεθοδολογίας και περιγράφεται η δομή και ο τρόπος λειτουργίας της αρχικής υλοποίησης του αλγορίθμου, καθώς και οι βελτιστοποιήσεις και επεκτάσεις του που υλοποιήθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τέλος, παρουσιάζονται και αξιολογούνται οι εφαρμογές του αλγορίθμου σε σύνολα πραγματικών λήψεων.

Abstract

This diploma thesis presents a fully automatic procedure for camera calibration using multiple unordered coplanar chessboards. The proposed algorithm first detects the nodes of each chessboard on the images, given the known dimension of the chessboards. It then applies the Principal Component Analysis to calculate approximate values of the 2D rigid body transformations that connect all the chessboards to a reference chessboard. In addition, the approximate values for the homographies with respect to the reference chessboard are calculated. In a second step, the optimal values of the parameters of the previous transformations are determined by non-linear adjustments. Using the final homographies, the algorithm computes the initial values for the common interior orientation elements as well as the elements of the exterior orientations of the images. Lastly, a self-calibrating bundle adjustment estimates the optimal values of the camera parameters. The thesis analyses the theoretical background and presents the structure and the mode of operation of the initial implementation of the algorithm, as well as the optimizations and extensions that were implemented in this thesis. Finally, results from real data are presented and evaluated.