DE102010004233B3 - Method for determining position of camera system with respect to display, involves determining geometric dimensions of object and calibration element, and determining fixed spatial relation of calibration element to object - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Kamerasystems bezüglich eines Objekts, wobei das Objekt außerhalb eines Blickfeldes des Kamerasystems angeordnet ist. Unter einer Lage wird hierbei eine räumliche Position und Orientierung verstanden. Eine Lage drückt eine Starrkörpertransformation zwischen Koordinatensystemen aus, wobei ein Koordinatensystem des Objekts hier als Bezugskoordinatensystem bezeichnet wird. Unter der Bestimmung der Lage wird also die Bestimmung von mindestens einem Parameter einer Transformation zwischen einem Koordinatensystem des Kamerasystems und dem Bezugskoordinatensystem verstanden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind ebenso auf allgemeinere Abbildungsvorschriften zwischen Punkten auf dem Objekt und deren Abbildungen im Kamerasystem anwendbar.The invention relates to a method for determining the position of a camera system with respect to an object, wherein the object is arranged outside a field of view of the camera system. A position is understood to mean a spatial position and orientation. A layer expresses a rigid body transformation between coordinate systems, wherein a coordinate system of the object is referred to herein as a reference coordinate system. The determination of the position thus means the determination of at least one parameter of a transformation between a coordinate system of the camera system and the reference coordinate system. The inventive method and the device according to the invention are also applicable to more general mapping rules between points on the object and their images in the camera system.
Für die mathematische Darstellung der Lage gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Zwei häufig verwendete sind die Angabe von sechs Parametern (drei Winkel und drei Strecken) oder die Angabe einer Transformationsmatrix.For the mathematical representation of the situation, there are a variety of possibilities. Two commonly used are the specification of six parameters (three angles and three distances) or the specification of a transformation matrix.
Prinzipiell bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Lage eines Kamerasystems bezüglich des Objekts zu bestimmen. Eine prinzipielle Möglichkeit besteht darin, unter Verwendung von Spezifikationen und Konstruktionsdaten wie beispielsweise Brennweite, Lage des optischen Sensors im Gehäuse und Lage des Gehäuses zum Objekt die Lage des Kamerasystems zum Objekt zu bestimmen. Eine solche Vorgehensweise scheitert am häufigsten daran, dass wichtige Daten nicht oder nur ungenau bekannt sind. Beispielsweise wird für Kameras in Massenproduktionen der Hauptpunkt nie und die Brennweite des Objektivs nur ungenau angegeben. Außerdem sind innerhalb gewisser Toleranzen Montagefehler unvermeidlich.In principle, there are various possibilities for determining the position of a camera system with respect to the object. A principal possibility is, using specifications and design data such as focal length, position of the optical sensor in the housing and position of the housing to the object to determine the position of the camera system to the object. Such an approach fails most often because important data is not or only vaguely known. For example, for cameras in mass production, the main point is never and the focal length of the lens is given only vaguely. In addition, assembly errors are inevitable within certain tolerances.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der aufwändigen Vermessung der Relativgeometrie mit Präzisionsmessmitteln, beispielsweise mittels Laser-Triangulation, wobei hier jedoch nur die Lage vom Kameragehäuse zum Objekt bestimmt werden kann, nicht jedoch innere Parameter der Kamera (wie beispielsweise Verzeichnung oder Brennweite) oder die Lage des optischen Sensors.Another possibility is the complex measurement of the relative geometry with precision measuring means, for example by means of laser triangulation, but here only the position of the camera body to the object can be determined, but not internal parameters of the camera (such as distortion or focal length) or the position of the optical sensor.
Weiter sind photogrammetrische Kalibrierungen und Selbstkalibrierung bekannt, die jedoch voraussetzen, dass das Objekt sich im Blickfeld des Kamerasystems befindet.Furthermore, photogrammetric calibrations and self-calibration are known, however, which presuppose that the object is in the field of vision of the camera system.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Kamerasystems bezüglich eines Objekts zu schaffen, wobei das Objekt außerhalb des Blickfeldes des Kamerasystems angeordnet ist, welche ohne eine a priori Kenntnis und/oder ohne ein explizites Bestimmen oder Messen einer exakten räumlichen Lage eines abbildenden Systems oder Spiegels bezüglich des Kamerasystems erfolgt.The invention is based on the technical problem of providing a method for determining the position of a camera system with respect to an object, wherein the object is arranged outside the field of view of the camera system, which without an a priori knowledge and / or without an explicit determination or measuring an exact spatial location of an imaging system or mirror with respect to the camera system.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects having the features of
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Lage eines Kamerasystems bezüglich eines Objekts, wobei sich das Objekt nicht in einem Blickfeld des Kamerasystems befindet.Proposed is a method for determining a position of a camera system with respect to an object, wherein the object is not in a field of view of the camera system.
Eigenschaften des Objekts, beispielsweise dessen geometrische Abmessungen, können hierbei a priori bekannt sein. Alternativ können Eigenschaften des Objekts auch während einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Beispielsweise ist vorstellbar, dass das Objekt mittels eines Verfahrens zur 3D-Rekonstruktion während der Durchführung des Verfahrens rekonstruiert und bestimmt wird. Hierbei wird das Objekt und auch das Bezugskoordinatensystem erst zur Laufzeit des Verfahrens bestimmt. Zur 3D-Rekonstruktion können z. B. von dem Kamerasystem erfasste Bilder verwendet werden. Vorzugsweise ändert sich die zu bestimmende Lage des Kamerasystems bezüglich des Objekts während des vorgeschlagenen Verfahrens nicht.Properties of the object, for example its geometric dimensions, can be known a priori here. Alternatively, properties of the object can also be determined during a performance of the method according to the invention. For example, it is conceivable that the object is reconstructed and determined by means of a method for 3D reconstruction during the execution of the method. In this case, the object and also the reference coordinate system are determined only at runtime of the method. For 3D reconstruction z. B. captured by the camera system images are used. Preferably, the position of the camera system to be determined with respect to the object does not change during the proposed method.
Beispielsweise kann das Objekt ein Bildschirm und das Kamerasystem eine an dem Bildschirm befestigte Webcam sein.For example, the object may be a screen and the camera system may be a webcam mounted on the screen.
Weiter ist mindestens ein Spiegel derart angeordnet, dass der Spiegel zumindest einen Teil eines Kalibrierelements in ein Blickfeld des Kamerasystems abbildet oder spiegelt. Der Spiegel bildet also zumindest einen Teil des Kalibrierelements in ein Spiegelbild des Kalibrierelements ab. Dieses Spiegelbild des Kalibrierelements ist hierbei von dem Kamerasystem erfassbar. Das Kamerasystem erfasst also zumindest Teile des Kalibrierelements über den Spiegel. Unter einem Spiegel wird hierbei ein einzelner Spiegel oder eine Anordnung von mehreren Spiegeln verstanden. Beispielsweise kann ein Spiegel mehrere Teilspiegel umfassen, die versetzt zueinander angeordnet sind, die jedoch gleichzeitig zumindest Teile des Kalibrierelements abbilden. Auch umfasst der Begriff Spiegel eine Anordnung von mehreren, bezüglich eines Strahlengangs von Kalibrierelement zu Kamerasystem hintereinander angeordneten, Spiegeln. Vorzugsweise ist der Spiegel ein Planspiegel, vorstellbar ist jedoch auch die Verwendung eines nichtplanen Spiegels.Furthermore, at least one mirror is arranged in such a way that the mirror images or reflects at least part of a calibration element into a field of view of the camera system. The mirror thus forms at least part of the calibration element in a mirror image of the calibration element. This mirror image of the calibration element can be detected by the camera system. The camera system thus captures at least parts of the calibration element via the mirror. In this case, a mirror is understood as meaning a single mirror or an arrangement of a plurality of mirrors. For example, a mirror may comprise a plurality of partial mirrors, which are arranged offset to one another, but which at the same time image at least parts of the calibration element. The term mirror also includes an arrangement of a plurality of mirrors arranged one after the other with respect to a beam path from the calibration element to the camera system. Preferably, the mirror is a plane mirror, but it is also conceivable to use a non-planar mirror.
Das Kalibrierelement befindet sich hierbei in einer festen räumlichen Beziehung zu dem Objekt. Die feste räumliche Beziehung kann hierbei a priori bekannt sein. Alternativ können auch geometrische Abmessungen des Kalibrierelements während der Durchführung des Verfahrens, z. B. auch über eine 3D-Rekonstruktion, bestimmt werden. In diesem Fall wird auch die feste räumliche Beziehung des Kalibrierelements zum Objekt während der Durchführung des Verfahrens bestimmt. Vorstellbar ist jedoch in diesem Fall auch, dass das rekonstruierte Kalibrierelement als neues Objekt das ursprüngliche Objekt ersetzt.The calibration element is in a fixed spatial relationship to the object. The fixed spatial relationship can be known a priori. Alternatively, geometric dimensions of the calibration element during the implementation of the method, for. B. also be determined via a 3D reconstruction. In this case also the fixed spatial relationship of the calibration element to the object is determined during the performance of the method. However, it is also conceivable in this case that the reconstructed calibration element replaces the original object as a new object.
Wie später näher erläutert, kann das Kalibrierelement auch durch das Objekt ausgebildet werden. In diesem Fall muss keine räumliche Beziehung zwischen Objekt und Kalibrierelement bestimmt werden.As explained in more detail later, the calibration element can also be formed by the object. In this case, no spatial relationship between the object and the calibration element has to be determined.
Somit ist das Objekt das Kalibrierelement oder bildet zumindest ein Teil des Objekts das Kalibrierelement aus. Alternativ ist eine räumliche Beziehung des Kalibrierelements zum Objekt vorbekannt oder werden geometrische Abmessungen des Objekts und des Kalibrierelements während der Durchführung des Verfahrens bestimmt, wobei hieraus die feste räumliche Beziehung des Kalibrierelements zum Objekt bestimmt wird.Thus, the object is the calibration element or at least part of the object forms the calibration element. Alternatively, a spatial relationship of the calibration element to the object is previously known or geometric dimensions of the object and the calibration element are determined during the execution of the method, from which the fixed spatial relationship of the calibration element to the object is determined.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die Bestimmung der Lage des Kamerasystems bezüglich eines Objekts, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs oder eines Bildschirms, erfolgen kann.This results in an advantageous manner that the determination of the position of the camera system with respect to an object, such as a motor vehicle or a screen, can take place.
Das Kamerasystem nimmt für mindestens eine unbestimmte Lage des Spiegels mindestens ein Bild mit einem Bildinhalt auf. Unter einer Lage des Spiegels wird hierbei eine räumliche Position und Orientierung des Spiegels relativ zum Objekt oder relativ zum Kamerasystem verstanden. Unter einer unbestimmten Lage des Spiegels wird hierbei verstanden, dass eine räumliche Position und eine Orientierung des Spiegels bezüglich des Objekts a priori nicht bekannt sind. Auch ist eine räumliche Position und Orientierung des Spiegels bezüglich des Kamerasystems nicht a priori bekannt.The camera system captures at least one image with an image content for at least one indeterminate position of the mirror. In this case, a position of the mirror is understood to be a spatial position and orientation of the mirror relative to the object or relative to the camera system. Under an indefinite position of the mirror is understood here that a spatial position and orientation of the mirror with respect to the object a priori are not known. Also, a spatial position and orientation of the mirror with respect to the camera system is not known a priori.
Der Bildinhalt des Bildes umfasst hierbei mindestens einen ersten Teil. Hierbei bezeichnet der erste Teil ausschließlich den Teil des Bildinhaltes, der von dem Spiegel in das Blickfeld des Kamerasystems abgebildet wird. Der erste Teil umfasst hierbei unter anderem oder ausschließlich den abgebildeten, also gespiegelten, Teil des Kalibrierelements. Der Bildinhalt des Bildes kann zusätzlich einen weiteren Teil umfassen. Konsequenterweise bezeichnet der weitere Teil des Bildinhaltes den Teil, der zwar im Blickfeld des Kamerasystems ist, jedoch nicht von dem Spiegel in das Blickfeld des Kamerasystems abgebildet wird. So umfasst z. B. der erste Teil die von dem Spiegel in das Blickfeld des Kamerasystems gespiegelten Elemente. Somit umfasst der erste Teil auch mindestens einen Teil des gespiegelten Kalibrierelements. Der weitere Teil kann z. B. unter anderem einen Spiegelrahmen umfassen, der als Einfassung einer Spiegelfläche des Spiegels dient, oder Marken beinhalten, die an dem Spiegelrahmen angeordnet sind.The image content of the image here comprises at least a first part. Here, the first part refers exclusively to the part of the image content that is imaged by the mirror in the field of view of the camera system. The first part hereby includes, inter alia or exclusively, the imaged, ie mirrored, part of the calibration element. The image content of the image may additionally comprise a further part. Consequently, the further part of the image content designates the part which, although in the field of view of the camera system, is not imaged by the mirror into the field of view of the camera system. So z. B. the first part mirrored by the mirror in the field of view of the camera system elements. Thus, the first part also comprises at least a part of the mirrored calibration element. The further part can be z. These include, but are not limited to, including a mirror frame that serves as an enclosure for a mirror surface of the mirror, or includes marks disposed on the mirror frame.
Wie später ausgeführt, wird die unbestimmte Lage des Spiegels bezüglich des Kamerasystems auch nicht explizit, z. B. mittels einer Erfassung von Spiegelmarken, während des vorgeschlagenen Verfahrens bestimmt oder gemessen.As explained later, the indeterminate position of the mirror with respect to the camera system is not explicit, z. B. determined by means of a detection of mirror marks, during the proposed method or measured.
Der erste Teil des Bildinhaltes enthält hierbei das Spiegelbild zumindest eines Teils des Kalibrierelements. Mittels numerischer Verfahren wird mindestens ein Parameter einer Abbildungsfunktion ausschließlich aus Bildinformationen des ersten Teils des Bildinhalts des mindestens einen Bildes bestimmt. Die Bestimmung des mindestens einen Parameters der Abbildungsfunktion kann hierbei beispielsweise mittels einer Berechnungseinheit erfolgen. Vorzugsweise wird mindestens ein Parameter einer Abbildungsfunktion ausschließlich aus Bildinformationen eines Anteils des ersten Teils bestimmt, der ausschließlich das Spiegelbild des Kalibrierelements umfasst. Hierbei beschreibt die Abbildungsfunktion eine Abbildung eines Objektpunktes in einen Bildspeicher des Kamerasystems. Der Objektpunkt kann hierbei auch im Bezugskoordinatensystem bestimmt sein.In this case, the first part of the image content contains the mirror image of at least part of the calibration element. By means of numerical methods, at least one parameter of an imaging function is determined exclusively from image information of the first part of the image content of the at least one image. The determination of the at least one parameter of the mapping function can in this case be carried out, for example, by means of a calculation unit. Preferably, at least one parameter of an imaging function is determined exclusively from image information of a portion of the first part which exclusively comprises the mirror image of the calibration element. In this case, the imaging function describes a mapping of an object point into an image memory of the camera system. The object point can also be determined in the reference coordinate system.
Startwerte für die numerischen Ansätze können beispielsweise über geschätzte Konstruktionsdaten ermittelt werden.Starting values for the numerical approaches can be determined, for example, via estimated design data.
Vorzugsweise wird zur Bestimmung des mindestens einen Parameters der Abbildungsfunktion die Abbildung von markanten Objektpunkten, den so genannten Landmarken, analysiert. Hierbei wird unter einem markanten Objektpunkt oder einer Landmarke ein Punkt verstanden, der mittels Methoden der digitalen Bildverarbeitung im Bildinhalt des mindestens einen Bildes gut lokalisierbar ist. Diesen Landmarken können somit Bildkoordinaten des Kamerasystems zugeordnet werden. Hierzu kann das Kamerasystem z. B. eine Einrichtung zur Bildauswertung umfassen.Preferably, to determine the at least one parameter of the mapping function, the mapping of prominent object points, the so-called landmarks, is analyzed. Here, a distinctive object point or a landmark is understood to be a point which can be easily localized by means of digital image processing methods in the image content of the at least one image. Thus, image coordinates of the camera system can be assigned to these landmarks. For this purpose, the camera system z. B. include a device for image analysis.
Hierbei muss eine Geometrie des Kalibrierelements nicht vorab bekannt sein. Vorzugsweise ist jedoch mindestens ein geometrischer Abstand zwischen zwei Landmarken des Kalibrierelements bekannt. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein Skalenfaktor ermitteln, wobei mittels des Skalenfaktors eine Distanz der Bildkoordinaten der detektierten Landmarken in den bekannten geometrischen Abstand der Landmarken transformierbar ist. Weiter vorzugsweise ist mehr als nur ein geometrischer Abstand von Landmarken des Kalibrierelements, beispielsweise eine gesamte Geometrie des Kalibrierelements, bekannt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte Bestimmung der Parameter der Abbildungsfunktion.In this case, a geometry of the calibration element does not have to be known in advance. Preferably, however, at least one geometric distance between two landmarks of the calibration is known. In this way, a scale factor can advantageously be determined, wherein a distance of the image coordinates of the detected landmarks into the known geometric distance of the landmarks can be transformed by means of the scale factor. Further preferably, more than just a geometric distance of landmarks of the calibration, for example, an entire geometry of the calibration, known. This advantageously results in a simplified determination of the parameters of the mapping function.
Wie vorhergehend erläutert, kann die Abbildungsfunktion auch eine Transformation zwischen einem Koordinatensystem des Kamerasystems zu dem Bezugskoordinatensystem beschreiben. Es ist selbstverständlich vorstellbar, dass die Abbildungsfunktion nur Teile der Transformation beschreibt, z. B. eine Translationsanteil der Transformation. Auch kann die Abbildungsfunktion die Transformation bis auf einen Skalenfaktor beschreiben.As previously explained, the mapping function may also describe a transformation between a coordinate system of the camera system to the reference coordinate system. It is of course conceivable that the mapping function describes only parts of the transformation, eg. B. a translation portion of the transformation. The mapping function can also describe the transformation down to a scale factor.
Generell kann der Spiegel vorbekannte Abbildungseigenschaften haben. Sind Abbildungseigenschaften bekannt, so ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachtere Bestimmung des mindestens einen Parameters der Abbildungsfunktion.In general, the mirror can have previously known imaging properties. If imaging properties are known, a simplified determination of the at least one parameter of the imaging function results in an advantageous manner.
Auch durch vorbekannte interne und/oder externe Parameter des Kamerasystems ergibt sich eine vereinfachte Bestimmung des mindestens einen Parameters der Abbildungsfunktion.Also by known internal and / or external parameters of the camera system results in a simplified determination of the at least one parameter of the imaging function.
Zu beachten ist weiterhin, dass der mindestens eine Parameter der Abbildungsfunktion ausschließlich aus Bildinformationen des ersten Teils des Bildinhalts des mindestens einen Bildes bestimmt wird. Hierunter ist zu verstehen, dass die Abbildungsfunktion ausschließlich auf Basis von Bildinformationen bestimmt wird, die mittels des Spiegels in das Blickfeld des Kamerasystems gespiegelt werden. Beispielsweise wird die Abbildungsfunktion ausschließlich auf Basis von Landmarken des von dem Spiegel gespiegelten Kalibrierelements bestimmt. It should also be noted that the at least one parameter of the mapping function is determined exclusively from image information of the first part of the image content of the at least one image. This is understood to mean that the imaging function is determined exclusively on the basis of image information, which is mirrored by means of the mirror in the field of view of the camera system. For example, the mapping function is determined solely on the basis of landmarks of the mirrored by the mirror calibration element.
Hierdurch ist es möglich, den mindestens einen Parameter der Abbildungsfunktion ohne eine explizite Berechnung oder Messung der Lage des Spiegels zu bestimmen. Unter einer expliziten Bestimmung wird hierbei verstanden, dass Parameter der Lage des Spiegels bezüglich des Kamerasystems separat, beispielsweise in einem eigenen Berechnungsschritt, bestimmt werden. Insbesondere muss die Bestimmung der Abbildungsfunktion auch nicht auf Basis einer Auswertung von z. B. Spiegelmarken erfolgen. Das vorgeschlagene Verfahren vermeidet daher sowohl den Aufwand, der für eine messtechnische bzw. photogrammetrischen Lageerfassung notwendig wäre, als auch deren Fehlereinflüsse auf die Ergebnisse der nachfolgenden Berechnung zur Bestimmung der Lage des Kamerasystem bezüglich des Objekts.This makes it possible to determine the at least one parameter of the mapping function without an explicit calculation or measurement of the position of the mirror. An explicit determination here means that parameters of the position of the mirror with respect to the camera system are determined separately, for example in a separate calculation step. In particular, the determination of the mapping function does not have to be based on an evaluation of z. B. mirror marks done. The proposed method therefore avoids both the effort that would be necessary for a metrological or photogrammetric position detection, as well as their error influences on the results of the subsequent calculation for determining the position of the camera system with respect to the object.
Da die Abbildungsfunktion einerseits auf Basis eines in einer unbestimmte Lage des Spiegels aufgenommenen Bildes und andererseits ausschließlich auf Basis von Bildinformationen des ersten Teils des Bildinhalts des Bildes bestimmt wird, ist es in dem vorgeschlagenen Verfahren in vorteilhafter Weise nicht notwendig, die Lage des Spiegels a priori zu kennen oder zu messen.Since the imaging function is determined on the one hand on the basis of an image taken in an indefinite position of the mirror and on the other hand solely on the basis of image information of the first part of the image content of the image, it is advantageously not necessary in the proposed method to determine the position of the mirror a priori to know or measure.
Somit erfolgt eine Bestimmung der Abbildungsfunktion also ohne ein Berücksichtigen der Lage des Spiegels i. S. d.
In einer weiteren Ausführungsform nimmt das Kamerasystem ein erstes Bild mit einem ersten Bildinhalt in einer ersten unbestimmten Lage und mindestens ein zweites Bild mit einem zweiten Bildinhalt in einer zweiten unbestimmten Lage auf. Die erste Lage ist von der zweiten Lage verschieden. Weiter wird mittels numerischer Verfahren der mindestens eine Parameter der Abbildungsfunktion aus Bildinformationen des ersten Teils des ersten Bildinhalts und des ersten Teils des zweiten Bildinhalts bestimmt.In another embodiment, the camera system captures a first image having a first image content in a first indeterminate position and at least one second image having a second image content in a second indeterminate position. The first layer is different from the second layer. Furthermore, by means of numerical methods, the at least one parameter of the mapping function is determined from image information of the first part of the first image content and of the first part of the second image content.
In der Regel ist das Bestimmen der Abbildungsfunktion aus dem ersten Teil des Bildinhaltes nur eines Bildes fehleranfällig. Z. B. kann ein mit Hilfe von detektierten Landmarken aufgestelltes Minimierungsproblem in diesem Falle schlecht konditioniert sein. Im Falle eines planaren Spiegels ist das Problem sogar unterbestimmt. Durch die Aufnahme zweier oder mehr Bilder wird in vorteilhafter Weise eine Fehleranfälligkeit der Bestimmung der Abbildungsfunktion reduziert oder die eindeutige Lösung des Problems ermöglicht.As a rule, the determination of the mapping function from the first part of the picture content of only one picture is susceptible to error. For example, a minimization problem posed using detected landmarks may be poorly conditioned in this case. In the case of a planar mirror, the problem is even under-determined. The inclusion of two or more images advantageously reduces the susceptibility to errors in the determination of the imaging function or enables the clear solution of the problem.
Eine Kenntnis einer Lageänderung zwischen der ersten unbestimmten Lage und der zweiten unbestimmten Lage des Spiegels wird hierbei nicht benötigt.A knowledge of a change in position between the first indefinite position and the second indefinite position of the mirror is not required here.
Die Lageänderung zwischen der ersten und der zweiten unbestimmten Lage des Spiegels kann jedoch auch bestimmt und/oder erfasst werden. Erfasst werden kann eine Lageänderung beispielsweise durch ein optisches, magnetisches oder mechanisches Lageerfassungssystem, wobei ein Koordinatensystem des Lageerfassungssystems nicht auf das Bezugskoordinatensystem oder ein Koordinatensystem des Kamerasystems registriert ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in Kenntnis der Lageänderung ein vereinfachtes Bestimmen der Abbildungsfunktion erfolgen kann.However, the change in position between the first and the second indefinite position of the mirror can also be determined and / or detected. A change in position can be detected, for example, by an optical, magnetic or mechanical position detection system, wherein a coordinate system of the position detection system is not registered to the reference coordinate system or a coordinate system of the camera system. This results in an advantageous manner that in knowledge of the change in position, a simplified determination of the mapping function can be done.
Eine Lageänderung des Spiegels kann hierbei manuell oder automatisch eingestellt werden. Wird die Lageänderung manuell eingestellt, so ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass keine zusätzlichen automatischen Verstelleinrichtungen zur Verstellung einer Lage des Spiegels vorzusehen sind. Wird die Lageänderung automatisch eingestellt, z. B. mittels einer Verstelleinrichtung, so lässt sich in besonders einfacher Weise die Lageänderung bestimmen.A change in the position of the mirror can be adjusted manually or automatically. If the change in position is set manually, it results in an advantageous manner that no additional automatic adjusting devices are provided for adjusting a position of the mirror. If the change in position is set automatically, eg. B. by means of an adjustment, so it is possible to determine the change in position in a particularly simple manner.
Da die Lage des Spiegels als Lage relativ zum Kamerasystem verstanden wird, ist auch möglich, dass zur Aufnahme eines ersten und mindestens eines zweiten Bildes eine Lage des Kamerasystems bezüglich des Spiegels verändert wird. Wird eine Lageänderung des Kamerasystems nicht erfasst und/oder bestimmt, ist es hierbei jedoch zwingend erforderlich, dass sich die zu bestimmende Lage des Kamerasystems bezüglich des Objekts nicht während der Veränderung der Lage des Kamerasystems verändert.Since the position of the mirror is understood to be a position relative to the camera system, it is also possible for a position of the camera system with respect to the mirror to be changed to accommodate a first and at least one second image. If a change in position of the camera system is not detected and / or determined, it is in this case, however, imperative that the position of the camera system to be determined with respect to the object does not change during the change in the position of the camera system.
Wird eine relative Lageänderung des Kamerasystems erfasst und/oder bestimmt, so ist es auch vorstellbar, die Lage des Kamerasystems zum Objekt zwischen der Aufnahme verschiedener Bilder zu ändern. Mittels der Kenntnis der Lageänderung zwischen Kamerasystem und Objekt lässt sich diese bei der Bestimmung der Abbildungsfunktion rechnerisch kompensieren.If a relative change in position of the camera system is detected and / or determined, then it is also conceivable to change the position of the camera system relative to the object between the taking of different images. By knowing the change in position between the camera system and the object, this can be computationally compensated in the determination of the imaging function.
Mehrere Aufnahmen kommen insbesondere auch dann zur Anwendung, wenn keine a priori Kenntnisse über die Geometrie des Kalibrierelements vorhanden sind. Mehrere Aufnahmen verbessern im Allgemeinen die Genauigkeit der Schätzung, so dass mehrere Aufnahmen auch zur Anwendung kommen können, wenn einzelne a priori Kenntnisse über die Geometrie des Kalibrierelements vorhanden sind.In particular, several images are also used if there is no a priori knowledge of the geometry of the calibration element. Multiple recordings generally improve the accuracy of the estimate so that multiple recordings may also be used if individual a priori knowledge of the geometry of the calibration element is available.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Objekt ein Bildschirm. Hierbei kann das Kamerasystem beispielsweise an dem Bildschirm angeordnet sein. Vorteilhaft ist dieses Verfahren insbesondere, wenn das Kamerasystem derart an dem Bildschirm angeordnet ist, dass das Kamerasystem in der Lage ist, die Augen eines den Bildschirm betrachtenden Benutzers zu erfassen. Eine solche Anordnung kann beispielsweise zur Anpassung einer autostereoskopischen Darstellung von Bildern auf dem Bildschirm an die Position der Augen des Benutzers verwendet werden. Unter Bildschirm wird allgemein ein optisches Ausgabemedium für Computer wie beispielsweise Display, 3D-Display, Monitor, Beamer, Projektor oder ähnliches verstanden.In another embodiment, the object is a screen. In this case, the camera system can be arranged, for example, on the screen. In particular, this method is advantageous if the camera system is arranged on the screen in such a way that the camera system is able to detect the eyes of a user viewing the screen. Such an arrangement can be used, for example, for adapting an autostereoscopic display of images on the screen to the position of the user's eyes. Under screen is generally understood an optical output medium for computers such as display, 3D display, monitor, projector, projector or the like.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Kalibrierelement ein Kalibriermuster, wobei das Kalibriermuster auf dem Bildschirm angezeigt wird. Indem der Bildschirm, welcher das Kalibriermuster anzeigt, selbst das Kalibrierelement ausbildet, ist die räumliche Lage des Kalibrierelements, hier des Kalibriermusters, bezüglich des Objekts fest vorgegeben und unterliegt keiner möglicherweise fehlerbehafteten Befestigungsprozedur. Ebenfalls kann auf eine exakte Vermessung dieser räumlichen Beziehung verzichtet werden. Das Bezugskoordinatensystem oder Weltkoordinatensystem kann beispielsweise in direktem Bezug zu einer Pixelmatrix des Bildschirms stehen. Bei Kenntnis der Bildschirm-Pixelgröße ist dann die räumliche Beziehung zwischen dem Kalibrierelement und dem Bezugskoordinatensystem genau bestimmbar. Etwaige Kalibrierfehler aufgrund mechanischer Ungenauigkeiten oder von Messfehlern im Aufbau können auf ein unbedeutendes Maß reduziert werden.In a further embodiment, the calibration element is a calibration pattern, wherein the calibration pattern is displayed on the screen. By the screen which displays the calibration pattern itself forms the calibration element, the spatial position of the calibration element, here the calibration pattern, is fixed with respect to the object and is not subject to any possibly faulty attachment procedure. Also can be dispensed with an exact measurement of this spatial relationship. For example, the reference coordinate system or world coordinate system may be directly related to a pixel matrix of the screen. With knowledge of the screen pixel size, the spatial relationship between the calibration element and the reference coordinate system can then be precisely determined. Any calibration errors due to mechanical inaccuracies or measurement errors in the design can be reduced to an insignificant degree.
Das Kamerasystem umfasst hierbei mindestens eine Kamera. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kamerasystem zwei oder mehr Kameras. Je zwei oder mehr Kameras können hierbei auch zueinander kalibriert sein und ein Stereokamerasystem bilden.The camera system hereby comprises at least one camera. In a further preferred embodiment, the camera system comprises two or more cameras. In each case two or more cameras can also be calibrated to one another and form a stereo camera system.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. The figures show:
In der
Des Weiteren ist der Spiegel
Weiter kann in einem nicht dargestellten Grafikspeicher des Displays
Als Landmarke dienen hierbei insbesondere die Eckpunkte der Schachbrettflächen. Die Kreise dienen hierbei einer vereinfachten Referenzierung von Landmarken, indem sie einen Ursprung des Kalibriermusters festlegen.The landmarks of the checkerboard surfaces serve as a landmark in particular. The circles are used here for a simplified referencing of landmarks by specifying an origin of the calibration pattern.
Es wird nun ein abstraktes Kalibriermuster
Nachfolgend wird ein mathematisches Modell angegeben, das als Grundlage der Bestimmung der Parameter der Abbildungsfunktion verwendet werden kann. Dafür werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:
- Gp
- Ortsvektor des Datenpunktes P in (homogenen) Grafikspeicherkoordinaten
- Bp
- Ortsvektor des Datenpunktes P'''' in Bildspeicherkoordinaten
- Bp ~
- Ortsvektor des gemessenen Datenpunktes P'''' in Bildspeicherkoordinaten
- DS D / k
- Spiegelung im Displaykoordinatensystem
- KTD
- Transformationsmatrix: Display → Kamera
- DKG
- Matrix der Abbildung Grafikspeicher → Display
- BKK
- Matrix der linearen Abbildung Kamerabildebene → Bildspeicher
- ν
- Parameter der nichtlinearen Abbildung in die Kamerabildebene (Verzeichnungsparameter)
- f(...)
- Funktion, welche die Abbildungseigenschaft der Optik beschreibt.
- Ψ
- Menge der mitzubestimmenden Parameter
- Ψ -
- Menge der a priori bekannten Parameter
- i
- Index für Bezugspunkte des Kalibriermusters und dessen Abbildungen i = 1 ... L
- k
- Index für Lagen des Spiegels k = 1 ... N
- G p
- Position vector of the data point P in (homogeneous) graphics memory coordinates
- B p
- Position vector of the data point P "" in image memory coordinates
- B p ~
- Position vector of the measured data point P "" in image memory coordinates
- D S D / k
- Mirroring in the display coordinate system
- K T D
- Transformation Matrix: Display → Camera
- D K G
- Matrix of figure Graphic memory → Display
- B K K
- Matrix of linear imaging Camera Stabilization → Image Memory
- ν
- Parameters of the non-linear mapping into the camera plane (distortion parameter)
- f (...)
- Function describing the imaging characteristic of optics.
- Ψ
- Amount of parameters to be determined
- Ψ -
- Set of a priori known parameters
- i
- Index for reference points of the calibration pattern and its mappings i = 1 ... L
- k
- Index for positions of the mirror k = 1 ... N
Bei Verwendung eines planen Spiegels lässt sich hierbei die Spiegelung DS
Formel 1 beschreibt die Abbildung der Grafikspeicher-Datenpunkte Gp auf Bildspeicherkoordinaten Bp. Formel 2 umfasst alle Parameter, die in dieser Abbildung vorkommen, bis auf die explizit gesuchte Lage KTD des Objekts relativ zum Kamerasystem. Hierbei umfasst die Menge Ψ alle Parameter, die während der Bestimmung der explizit gesuchten Lage KTD mitbestimmt werden, während die Menge Ψ - alle Parameter umfasst, die a priori bekannt sind. Beide Mengen sind disjunkt wie in Formel 3 dargestellt wird. In den implizit mitzubestimmenden, also den nicht gesuchten und nicht explizit zu bestimmenden, Parametern ist auch die Spiegelung DS
Es versteht sich hierbei, dass die Genauigkeit der Schätzung der Parameter der Abbildungsfunktion beispielsweise mittels a priori Kenntnissen beispielsweise über die Verzeichnung erleichtert wird.It is understood that the accuracy of the estimation of the parameters of the mapping function is facilitated, for example, by means of a priori knowledge, for example about the distortion.
Bevorzugte Anwendungen der Erfindung sind beispielsweise autostereoskopische Vorrichtungen, Web-Kameras oder on-board-Kamerasysteme in Kraftfahrzeugen.Preferred applications of the invention are, for example, autostereoscopic devices, web cameras or on-board camera systems in motor vehicles.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Kamerasystemcamera system
- 33
- Displaydisplay
- 44
- Spiegelmirror
- 55
- Verstelleinrichtungadjustment
- 66
- Kalibriermustercalibration
- 77
- beispielhafter Strahlengangexemplary beam path
- 88th
- Berechnungseinheitcalculation unit
- 99
- Einrichtung zur BildauswertungDevice for image analysis
- 1010
- Einrichtung zur Berechnung mindestens eines Parameters einer AbbildungsfunktionDevice for calculating at least one parameter of a mapping function
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102829769A (en) * | 2012-08-31 | 2012-12-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Method for measuring container position and state on basis of structured light visual sensor |
WO2014053137A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | Bodybarista Aps | A method of calibrating a camera |
CN110458898A (en) * | 2019-08-15 | 2019-11-15 | 北京迈格威科技有限公司 | Camera calibration plate, nominal data acquisition method, distortion correction method and device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4037273A1 (en) * | 1989-12-01 | 1991-06-06 | Volkswagen Ag | Arrangement for object photogrammetric measurement - has sensors and camera with positioning no adversely affected by reference pattern image formation |
DE19746943A1 (en) * | 1997-10-23 | 1999-04-29 | Siemens Ag | Fluctuation identification method for video signal based measuring system |
DE102007030378A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-02 | Spatial View Gmbh Dresden | Camera system e.g. eye tracking system, position determining method for use in vehicle, involves performing determination of position of camera system with respect to reference system under consideration of position of display system |
DE102007032471A1 (en) * | 2007-07-10 | 2009-01-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Position determining method for e.g. on-board camera system, involves establishing representation function specifying representation of object points, and determining unknown parameters of function using numerical resolution technique |
-
2010
- 2010-01-08 DE DE102010004233A patent/DE102010004233B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4037273A1 (en) * | 1989-12-01 | 1991-06-06 | Volkswagen Ag | Arrangement for object photogrammetric measurement - has sensors and camera with positioning no adversely affected by reference pattern image formation |
DE19746943A1 (en) * | 1997-10-23 | 1999-04-29 | Siemens Ag | Fluctuation identification method for video signal based measuring system |
DE102007030378A1 (en) * | 2007-06-29 | 2009-01-02 | Spatial View Gmbh Dresden | Camera system e.g. eye tracking system, position determining method for use in vehicle, involves performing determination of position of camera system with respect to reference system under consideration of position of display system |
DE102007032471A1 (en) * | 2007-07-10 | 2009-01-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Position determining method for e.g. on-board camera system, involves establishing representation function specifying representation of object points, and determining unknown parameters of function using numerical resolution technique |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102829769A (en) * | 2012-08-31 | 2012-12-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Method for measuring container position and state on basis of structured light visual sensor |
CN102829769B (en) * | 2012-08-31 | 2014-05-14 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Method for measuring container position and state on basis of structured light visual sensor |
WO2014053137A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | Bodybarista Aps | A method of calibrating a camera |
EP2904349A4 (en) * | 2012-10-01 | 2016-05-25 | Bodybarista Aps | A method of calibrating a camera |
US9667955B2 (en) | 2012-10-01 | 2017-05-30 | Bodybarista Aps | Method of calibrating a camera |
CN110458898A (en) * | 2019-08-15 | 2019-11-15 | 北京迈格威科技有限公司 | Camera calibration plate, nominal data acquisition method, distortion correction method and device |
CN110458898B (en) * | 2019-08-15 | 2022-03-22 | 北京迈格威科技有限公司 | Camera calibration board, calibration data acquisition method, distortion correction method and device |
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