ES2626301T3 - Procedimiento y equipo de procesamiento de imágenes para determinar los parámetros de una cámara - Google Patents

Procedimiento y equipo de procesamiento de imágenes para determinar los parámetros de una cámara Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la determinación de los parámetros de una cámara, con el que se graba una imagen de un entorno, donde el procedimiento comprende las siguientes etapas: - suministro de una descripción geométrica tridimensional de las características visuales (02) del entorno; - determinación inicial de los parámetros de la cámara, que incluyen al menos un parámetro extrínseco de la cámara; - grabación de una imagen del entorno con la cámara; - aplicación de un detector de características a la imagen para extraer características visuales (01); - aplicación de los parámetros de la cámara determinados inicialmente a la descripción geométrica tridimensional de las características visuales (02) del entorno para mapear las características visuales (02) del entorno en una imagen característica; - comparación, por medio de las posiciones de las características de la imagen, de un conjunto de características visuales (01) extraídas de la imagen con un conjunto de características visuales (02) de la imagen característica para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos; - modificación de los parámetros de la cámara y aplicación de los parámetros de la cámara modificados a la descripción geométrica tridimensional de las características visuales (02) del entorno para mapear las características visuales (02) del entorno en una imagen característica adicional; y - comparación nuevamente, por medio de las posiciones de las características de la imagen, de un conjunto de características visuales (01) extraídas de la imagen con un conjunto de características visuales (02) de la imagen característica adicional para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos, donde se repiten los pasos del procedimiento de modificación de los parámetros de la cámara, aplicación de los parámetros de la cámara modificados y comparación de ambos conjuntos hasta que el grado de coincidencia determinado supere un umbral, de modo que los parámetros de la cámara modificados constituyan entonces los parámetros determinados de la cámara para la imagen.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y equipo de procesamiento de imagenes para determinar los parametros de una camara
La presente invencion se refiere a un procedimiento para determinar los parametros de una camara, en particular a la denominada auto-calibracion de la camara. Se graba con la camara una imagen de un entorno, por ejemplo, con el objetivo de crear una realidad ampliada (Realidad Aumentada), es decir, para la adaptacion en perspectiva de objetos visuales sinteticos a la imagen del entorno. La invencion se refiere ademas a un equipo de procesamiento de imagenes para determinar parametros de una camara.
En el artfculo cientifico de J. Herling y W. Broll "An adaptive training-free feature tracker for mobile phones" ("Un rastreador de caractensticas adaptativo sin entrenamiento para telefonos moviles") del acta del simposio ACM-2010 sobre VRST'10, paginas 35-42, Nueva York, se muestra un procedimiento para determinar los parametros de la camara de un telefono movil. El procedimiento puede aplicarse a secuencias de imagenes en movimiento grabadas en vivo y se basa en la determinacion de los parametros SURF.
El artfculo cientifico de I. Gordon y D.G. Lowe: "What and where: 3D object recognition with accurate pose" ("Que y donde: reconocimiento de objetos tridimensionales en la posicion correcta"), del libro “Toward Category-Level Object Recognition” (“Hacia el reconocimiento de objetos a nivel de categona”), paginas 67-82, 2006, muestra un procedimiento para el reconocimiento de objetos para crear una realidad aumentada.
En el artfculo cientifico de D. Wagner, G. Reitmayr, A. Mulloni, T. Drummond y D. Schmalstieg, "Pose tracking from natural features on mobile phones" (“Rastreo de posicion a partir de caractensticas naturales en telefonos moviles”) en el acta de ISMAR'08, paginas 125-134, Washington DC, USA, 2008, se muestra un procedimiento para rastrear los movimientos de la camara de un telefono movil que puede utilizarse, entre otros, para proporcionar una realidad aumentada.
El capttulo de libro de J. Herling, y W. Broll, "Markerless Tracking for Augmented Reality" (“Rastreo sin marcas para realidad aumentada”) del manual de realidad aumentada Springer, ISBN 978-1-4614-0063-9, paginas 255-272, 2011, presenta un resumen de un procedimiento basado en la vision artificial para el seguimiento dentro de secuencias de imagenes para la realizacion de una realidad aumentada. En estos procedimientos, se detectan caractensticas visuales en las secuencias de imagenes para determinar la orientacion de la camara que esta tomando las secuencias de imagenes. En el siguiente paso, se deben determinar las caractensticas correspondientes a las imagenes de la secuencia de imagenes. En particular, se describe un procedimiento en el que, utilizando el algoritmo RANSAC, se extrae un subconjunto de las coincidencias ya conocidas para obtener la orientacion de la camara apropiada.
Es tarea de la presente invencion, basandose en el estado de la tecnica, reducir el coste para determinar los parametros de la camara durante la auto-calibracion. Se pretende, por ejemplo, permitir el seguimiento de los movimientos de la camara de un telefono inteligente mientras el usuario utiliza el telefono inteligente para grabar un entorno, de modo que la imagen capturada del telefono inteligente se complementa con objetos visuales sinteticos correctamente insertados en perspectiva.
La citada tarea se realiza mediante un procedimiento segun la reivindicacion 1 y mediante un equipo de procesamiento de imagenes segun la reivindicacion 14.
El procedimiento segun la invencion sirve para determinar los parametros de una camara. Los parametros describen, por ejemplo, la ubicacion, la orientacion y las propiedades opticas de la camara. El procedimiento segun la invencion sirve en particular para realizar la llamada auto-calibracion de la camara, con lo que los parametros de la camara se determinan sobre la base de las imagenes grabadas por la camara. Se graba una imagen de un entorno con la camara, por ejemplo con el objetivo de obtener una realidad aumentada, concretamente para la adaptacion en perspectiva de objetos visuales sinteticos a la imagen del entorno. El entorno puede ser un entorno natural, que se graba con la camara real. En principio, este procedimiento tambien se puede simular mediante la grabacion de un entorno sintetico con una camara virtual.
En una etapa del procedimiento segun la invencion, se proporciona una descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno. Esto se puede hacer de diferentes maneras. Por ejemplo, un entorno natural puede ser adquirido de forma “multiscopica” (desde diferentes angulos) para extraer ciertas caractensticas, tales como esquinas, bordes o manchas, y para determinar su disposicion tridimensional. En el caso de un entorno sintetico, la descripcion geometrica tridimensional puede obtenerse directamente de la modelizacion. La disposicion tridimensional de las caractensticas visuales tambien puede llevarse a cabo midiendo el entorno con dispositivos de medicion o sensores. En cualquier caso, como resultado de este paso del procedimiento, se conocen varias caractensticas visuales tales como esquinas o bordes y su disposicion espacial en el entorno. La descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales indica en cada caso la ubicacion de la caractenstica visual respectiva en el entorno circundante. Ademas, las caractensticas visuales se describen cada una al menos por su existencia.
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En otra etapa del procedimiento, se graba una imagen del entorno con la camara. La imagen puede ser una sola imagen o una secuencia de imagenes, por ejemplo una imagen en movimiento. La camara puede, por ejemplo, estar integrada en un telefono inteligente o en una tableta. La grabacion de la imagen puede tener lugar en una conexion temporal con las demas etapas del procedimiento, pero tambien de manera independiente en el tiempo a partir de ella. Por ejemplo, este paso puede darse tambien por el hecho de que existe una pelfcula que comprende varias imagenes de un entorno natural grabadas con la camara.
Ademas, se realiza un ajuste inicial de los parametros de la camara. Los parametros de la camara incluyen al menos un parametro extrmseco de la camara. Los parametros extrmsecos de la camara describen parametros externos, particularmente ubicacion y orientacion de la camara. Al menos un parametro extrmseco puede, por ejemplo, estar formado por una coordenada de la posicion de la camara. En el ajuste inicial de al menos un parametro de la camara, se puede, por ejemplo, orientar segun disposiciones tfpicas o previstas de la camara. Tambien se pueden utilizar sensores en la camara para este proposito.
En otra etapa del procedimiento de la invencion, se aplica un detector de caractensticas a la imagen capturada para extraer caractensticas visuales de la imagen capturada. Las caractensticas visuales son caractensticas que se pueden determinar en el contexto del procesamiento de imagenes, por ejemplo esquinas o bordes. Como resultado de esta etapa, se conocen varias caractensticas visuales de la imagen y su posicion en la imagen. En otra etapa, la camara se simula sobre la base de los parametros de la camara establecidos inicialmente. Un modelo de la camara con los parametros de la camara definidos inicialmente se aplica a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno de modo que las caractensticas visuales del entorno se asignan a una imagen caractenstica. Por lo tanto, la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales se transforma en la imagen caractenstica bidimensional sobre la base de la camara con los parametros de la camara establecidos inicialmente.
La imagen caractenstica y las caractensticas visuales extrafdas de la imagen representan basicamente la misma informacion sobre el entorno. Sin embargo, la disposicion de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica diferira de la disposicion de las caractensticas visuales en la imagen capturada, puesto que los parametros de la camara establecidos inicialmente no describiran todavfa exactamente la camara en el momento de tomar la imagen, sino que se producira una desviacion. Ademas, no todas las caractensticas visuales presentes en la imagen caractenstica tendran una caractenstica visual correspondiente en la imagen capturada, y viceversa. Segun la invencion, se compara un conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen con un conjunto de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos. Segun ello, no se comparan caractensticas directamente correspondientes entre sf, pero los conjuntos de caractensticas se comparan entre sf en su totalidad respectiva, que comprenden al menos una pluralidad de caractensticas correspondientes. El grado de coincidencia se puede determinar, por ejemplo, calculando la suma del cuadrado de las distancias.
Con el fin de aproximar los parametros de la camara establecidos inicialmente a los parametros reales dados de la camara, los parametros de la camara se modifican en una etapa siguiente del procedimiento segun la invencion, desconociendose inicialmente si el cambio conduce a una aproximacion a los parametros reales dados de la camara. En el siguiente paso, los parametros de la camara modificados se aplican ahora a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno mediante la simulacion de la camara con los parametros de la camara modificados. Esto mapea las caractensticas visuales del entorno en otra imagen caractenstica. A continuacion se realiza una comparacion de un conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales en la imagen caractenstica adicional para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos. Segun la invencion, se repiten las etapas de modificar los parametros de la camara, aplicar los parametros de la camara modificados y comparar ambos conjuntos hasta que el valor medido respectivo de la coincidencia supere un umbral. Por lo tanto, los parametros de la camara se modifican siempre sin conocer el efecto, con el objetivo de aproximarlos a los parametros reales dados de la camara. Por lo tanto, los ciclos individuales representan experimentos, cuyo efecto solo se determina por la determinacion del grado de coincidencia. En el caso mas simple, la modificacion repetida y la aplicacion de los parametros de la camara asf como la comparacion repetida de ambos conjuntos y la determinacion repetida del grado de coincidencia finalizan despues de que esta medida supere el umbral, de modo que los parametros de la camara modificados en ultimo lugar representan los parametros de la camara establecidos para la imagen.
Una ventaja particular del procedimiento segun la invencion consiste en que los parametros de la camara se pueden determinar de manera particularmente eficaz para que el proceso pueda realizarse, por ejemplo, en un telefono inteligente en tiempo real. La eficacia particular del procedimiento se basa en que solo se comparan conjuntos de caractensticas visuales, por lo que se pueden ignorar las correspondencias individuales y tambien se pueden desestimar otras propiedades visuales. En definitiva, solo se requiere una comparacion de dos nubes de puntos, que representan respectivamente la disposicion de las caractensticas visuales, lo cual puede ser particularmente eficaz.
Una realizacion particularmente preferible del procedimiento se utiliza en la grabacion de entornos naturales, por ejemplo para crear una realidad aumentada. En este caso, el entorno esta constituido por un entorno natural, y al mismo tiempo, la camara esta constituida por una camara real existente. Alternativamente, el procedimiento segun la invencion es tambien aplicable a entornos sintetizados. En este caso, el entorno esta formado por un entorno
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sintetizado que es grabado por una camara virtual. En este caso, el entorno y la grabacion son simulados por la camara. Aunque el procedimiento segun la invencion permite la auto-calibracion de la camara, tambien pueden utilizarse sensores u otros dispositivos de medicion para determinar los parametros de la camara. Por ejemplo, pueden utilizarse sensores GPS o sensores opticos para este proposito.
En realizaciones particularmente preferidas del procedimiento segun la invencion, las posiciones absolutas y relativas de las caractensticas visuales individuales de la imagen se comparan comparando el conjunto de caractensticas visuales extrafdas de la imagen con el conjunto de caractensticas visuales de la imagen caractenstica. Esto implica una comparacion de nubes de puntos en dos dimensiones, para lo cual se pueden aplicar algoritmos eficientes. En este caso, preferiblemente no se tiene en cuenta la apariencia visual de las caractensticas y de su entorno. Por lo tanto, al comparar el conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen con el conjunto de caractensticas visuales de la imagen caractenstica, aparte de las caractensticas visuales como tales, preferiblemente no se tienen en cuenta otras propiedades visuales. Cada una de las caractensticas visuales como tales comprende informacion sobre la existencia de la caractenstica visual, por ejemplo una arista o una esquina, su ubicacion en la imagen y, cuando proceda, una medida de la fiabilidad de la deteccion de la caractenstica. Por otra parte, preferiblemente no se tienen en cuenta otras propiedades visuales tales como, por ejemplo, el color de la caractenstica visual o el color del entorno de la caractenstica visual. Una ventaja particular del procedimiento segun la invencion consiste precisamente en que se puede prescindir de la consideracion de otras propiedades visuales ya que la aproximacion al comparar los conjuntos de las caractensticas visuales y modificar repetidamente los parametros de la camara conduce a resultados satisfactorios.
Los parametros de la camara se modifican preferiblemente de forma aleatoria y dentro de unos lfmites definidos. Ademas, solo se pueden modificar los parametros individuales de la camara, como solo dos de las tres coordenadas de la ubicacion de la camara. Tambien se pueden modificar todos los parametros de la camara, o alternativamente los parametros individuales de la camara. Como alternativa a la modificacion aleatoria, los parametros de la camara tambien se pueden modificar paso a paso en direcciones predefinidas. En cualquier caso, la modificacion de los parametros de la camara se realiza sin conocimiento previo de su efecto.
Los lfmites en los que los parametros de la camara se modifican aleatoriamente se reducen preferiblemente si el grado determinado de coincidencia es repetidamente mayor que el grado previamente determinado de coincidencia. Por lo tanto, los parametros de la camara se modifican ligeramente cuando se aproximan a los parametros reales dados de la camara.
En realizaciones simples del procedimiento segun la invencion, los parametros de la camara recientemente modificados se aplican directamente y se utilizan para aplicaciones posteriores, por ejemplo para la insercion de objetos visuales sinteticos. Sin embargo, los parametros de la camara determinados se ajustan preferiblemente para aumentar aun mas la precision de los parametros de la camara. Para este proposito, preferiblemente se realiza en primer lugar una etapa en la que se seleccionan algunas de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen, que superan al menos un umbral inferior del grado de precision de la deteccion de la caractenstica visual. Por lo tanto, solo se seleccionan aquellas caractensticas visuales extrafdas cuya deteccion se ha realizado con suficiente certeza. Ademas, se lleva a cabo una seleccion de dichas caractensticas visuales en la ultima imagen caractenstica determinada que corresponde a las caractensticas visuales seleccionadas extrafdas de la imagen. Como resultado, estan presentes las coincidencias de caractensticas detectadas, que representan, con alta probabilidad, coincidencias realmente existentes. En el paso siguiente, la disposicion geometrica de las caractensticas visuales seleccionadas extrafdas de la imagen se compara con la disposicion geometrica de las correspondientes caractensticas visuales en la imagen caractenstica determinada mas recientemente para ajustar los parametros de la camara previamente determinados y asf aumentar su precision. En esta etapa de adaptacion, por lo tanto, ya es posible comparar no solo conjuntos de caractensticas, sino comparar pares correspondientes de caractensticas. Como resultado, la aplicacion de los parametros de la camara ajustados a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno da lugar a una imagen caractenstica personalizada que mapea las caractensticas visuales del entorno. En esta imagen caractenstica adaptada, la disposicion de las correspondientes caractensticas visuales de la disposicion geometrica es similar a la disposicion de las caractensticas visuales seleccionadas extrafdas de la imagen, de modo que los parametros ajustados de la camara se parecen en gran medida a los parametros reales dados de la camara. La adaptacion de los parametros de la camara tiene lugar preferiblemente mediante una optimizacion no lineal, por ejemplo mediante una optimizacion no lineal por mmimos cuadrados.
El conjunto de caractensticas visuales extrafdas de la imagen representa preferiblemente un subconjunto fiel de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen. En este caso, el subconjunto fiel de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen se determina preferiblemente seleccionando aquellas de las caractensticas visuales extrafdas que no caen por debajo de un lfmite inferior para ofrecer un grado de fiabilidad. Como resultado, se desechan las caractensticas detectadas que no son seguras. Ademas, el subconjunto fiel de las caractensticas visuales extrafdas de la imagen se determina preferiblemente mediante la seleccion de aquellas caractensticas visuales extrafdas que, debido a condiciones geometricas, no pueden corresponder a caractensticas visuales en la imagen caractenstica. Como resultado, se desechan aquellas caractensticas visuales extrafdas, que debido a condiciones de contorno geometricas no pueden tener coincidencia en la imagen caractenstica.
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El conjunto de caractensticas visuales en la imagen caractenstica esta formado preferiblemente por un subconjunto fiel de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica. El subconjunto fiel de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica se determina preferiblemente seleccionando aquellas de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica que no caen por debajo de un lfmite inferior para una medida de fiabilidad. De esta manera, tales parametros, que no se han determinado con precision, se desechan en la imagen caractenstica. Ademas, el subconjunto fiel de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica se determina preferiblemente porque se desechan aquellas caractensticas visuales en la imagen caractenstica que, debido a condiciones geometricas, no pueden coincidir con las caractensticas visuales extrafdas de la imagen. Por lo tanto, se desechan aquellas de las caractensticas visuales en la imagen caractenstica, que no se pueden mostrar en la imagen capturada.
La descripcion realizada de las caractensticas visuales del entorno describe preferiblemente caractensticas visuales tales que son detectables con el detector de caractensticas seleccionado. Por tanto, las caractensticas de la imagen caractenstica y las caractensticas extrafdas de la imagen capturada son del mismo tipo, por ejemplo, basicamente un borde. La homogeneidad de las caractensticas de la imagen caractenstica y de las caractensticas extrafdas de la imagen permite que estas se puedan comparar entre sf.
La descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno puede proporcionarse, por ejemplo, tomando varias imagenes del entorno desde diferentes perspectivas y aplicando posteriormente el detector de caractensticas a estas imagenes. Dado que las imagenes del entorno han sido tomadas desde diferentes perspectivas, las caractensticas pueden ser asociadas espacialmente. Las imagenes del entorno grabadas desde diferentes perspectivas pueden ser grabadas simultaneamente o en sucesion cronologica.
El procedimiento segun la invencion se caracteriza porque los parametros de la camara determinados inicialmente se modifican repetidamente hasta que se asemejan o se igualan a los parametros reales dados de la camara en una proporcion suficiente. En las realizaciones preferidas del procedimiento segun la invencion, este ciclo se repite varias veces de modo que se obtienen varias veces los parametros de la camara determinados y los parametros de la camara que estan mas proximos a los parametros de la camara reales pueden ser seleccionados como parametros de la camara determinados. Para ello, se llevan a cabo repetidamente los pasos de modificar los parametros de la camara comenzando con los parametros de la camara determinados inicialmente, aplicando repetidamente los parametros de la camara modificados a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno y comparando repetidamente un conjunto de caractensticas visuales extrafdas de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales caractensticas en otra imagen caractenstica adicional hasta la superacion de un valor lfmite segun el grado de coincidencia determinado. En este caso, se seleccionan los parametros de la camara modificados en ultimo lugar como parametros de la camara determinados para la imagen, para los cuales el grado de coincidencia determinado supera ampliamente el valor lfmite. Los pasos que se repiten, es decir, los ciclos individuales, se ejecutan preferiblemente en paralelo, por ejemplo en un sistema multiprocesador.
El detector de caractensticas puede ser sustancialmente cualquier detector de caractensticas conocido para procesamiento de imagenes. El detector de caractensticas esta disenado preferiblemente para detectar esquinas, bordes, patrones de texturas y/o manchas. En particular, estas pueden ser parametros FAST, esquinas de Harris, parametros SURF, o parametros SIFT.
El procedimiento segun la invencion se aplica preferiblemente a una imagen en movimiento. En este caso, dicha imagen grabada forma una primera imagen de la secuencia de imagenes en movimiento. Ademas, se graba al menos una segunda imagen del entorno con la camara. El detector de caractensticas se aplica a la segunda imagen para extraer caractensticas visuales de la segunda imagen. Los parametros de la camara determinados para la primera imagen se aplican ahora a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno con el fin de correlacionar las caractensticas visuales del entorno con una imagen caractenstica. En consecuencia, los parametros de la camara determinados para la primera imagen forman los parametros de la camara a determinar inicialmente para la segunda imagen. En la mayona de los casos, los parametros de la camara determinados para la primera imagen seran mucho mas parecidos a los parametros reales dados de la camara durante la grabacion de la segunda imagen que los parametros de la camara determinados inicialmente que corresponden a los parametros de la camara dados durante la grabacion de la primera imagen. Ademas, se realiza la comparacion de un conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la segunda imagen con un conjunto de las caractensticas visuales en la ultima imagen caractenstica determinada para determinar el grado de coincidencia entre estos dos conjuntos. De la misma manera que con la primera imagen, se modifican los parametros de la camara y se aplican los parametros modificados de la camara a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno para mapear las caractensticas visuales del entorno sobre otra imagen caractenstica. Un conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la segunda imagen se compara con un conjunto de las caractensticas en la imagen caractenstica adicional para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos. De la misma manera que en la primera imagen, se repiten los pasos de modificar los parametros de la camara, aplicar los parametros de la camara modificados y comparar los conjuntos hasta que el grado de coincidencia determinado supere un umbral. Los parametros de la camara modificados en ultimo lugar representan los parametros de la camara determinados para la segunda imagen.
En realizaciones preferidas de la invencion, la imagen en movimiento, ademas de la primera imagen y la segunda imagen, comprende una pluralidad de imagenes adicionales siguientes, para las cuales las etapas indicadas para la
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segunda imagen se llevan a cabo respectivamente bajo la condicion de que la primera imagen este formada por la imagen anterior. Por lo tanto, los parametros de la camara determinados para la imagen anterior se utilizan siempre para la inicializacion.
Las etapas del procedimiento que se llevan a cabo preferiblemente para la imagen tomada se llevan a cabo tambien para la segunda imagen y para las imagenes adicionales.
En el caso de una secuencia de imagenes en movimiento, los parametros de la camara pueden cambiar en el tiempo, en particular cuando se mueve la camara o, por ejemplo, se modifica la distancia focal. Basicamente, esto da lugar a que el entorno se capte desde diferentes perspectivas, de modo que la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno se pueda proporcionar sobre la base de las imagenes capturadas. Esto permite continuar con la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno, por ejemplo para describir otras caractensticas visuales del entorno o para aumentar la precision de la descripcion. Basicamente, los pasos de proporcionar la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno y los pasos para capturar la primera imagen, la segunda imagen y las otras imagenes se pueden intercalar entre sf.
A partir de la segunda imagen, se puede utilizar la informacion determinada en cada caso para la imagen precedente; por lo menos para inicializar los parametros de la camara. Ademas, tambien se puede utilizar informacion sobre las caractensticas visuales extrafdas de la imagen anterior. Preferiblemente, aquellas de las caractensticas visuales extrafdas que se han determinado con una alta fiabilidad tambien se usan para la imagen siguiente consecutiva. Por lo tanto, cuando las caractensticas visuales extrafdas de la primera imagen tienen al menos un primer lfmite inferior del grado de fiabilidad, el conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la segunda imagen es preferiblemente igual al conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la primera imagen. Sin embargo, puede ocurrir que algunas de las caractensticas visuales extrafdas no tengan la fiabilidad requerida. Entonces, el conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la segunda imagen para realizar la comparacion comprende preferiblemente solo una parte del conjunto de las caractensticas visuales extrafdas de la primera imagen, si las caractensticas visuales extrafdas en la primera imagen tienen al menos un segundo lfmite inferior del grado de fiabilidad. El segundo valor lfmite inferior es menor que el primer valor lfmite inferior.
El procedimiento segun la invencion aplicado a una secuencia de imagenes en movimiento se ejecuta preferiblemente en tiempo real, de modo que es adecuado para producir una realidad aumentada.
Los parametros de la camara preferiblemente comprenden varios parametros extnnsecos para describir la orientacion de la camara. Por ejemplo, los parametros extnnsecos pueden estar formados por dos angulos, que describen movimientos de pivote y movimientos de inclinacion de la camara. Preferiblemente, los parametros de la camara comprenden ademas otros parametros extnnsecos para describir la posicion espacial de la camara. Por ejemplo, los parametros de la camara pueden comprender tres coordenadas como parametros extnnsecos para una descripcion completa de la posicion espacial de la camara.
En realizaciones preferidas del procedimiento segun la invencion, los parametros de la camara incluyen tambien parametros intnnsecos de la camara, ademas de los parametros extnnsecos. Los parametros intnnsecos de la camara, es decir, los parametros internos de la camara, describen, en particular, la imagen optica en la camara. Preferiblemente, los parametros intnnsecos de la camara comprenden al menos la distancia focal de la camara.
La seleccion de los parametros de la camara se adapta preferiblemente al tipo de camara y a la aplicacion particular. En la medida en que, por ejemplo, se utiliza la camara de un telefono inteligente o de una tableta, los parametros de la camara comprenden preferiblemente los seis parametros extnnsecos de la camara, mientras que se puede prescindir de parametros intnnsecos.
El equipo de tratamiento de imagenes segun la invencion esta disenado para realizar el procedimiento segun la invencion. Realizaciones preferidas del equipo de procesamiento de imagenes segun la invencion estan disenadas para realizar las realizaciones preferidas del procedimiento segun la invencion.
El equipo de procesamiento de imagenes esta formado preferiblemente por un ordenador, por una tableta o por un telefono inteligente.
A partir de la siguiente descripcion de varias ilustraciones de principio en los dibujos, se muestran mas detalles de la invencion. Muestran:
- Figura 1: caractensticas visuales extrafdas de una imagen capturada y de una imagen caractenstica en una representacion superpuesta;
- Figura 2: la representacion mostrada en la Figura 1, despues de que se han modificado los parametros de la camara;
- Figura 3 muestra la representacion mostrada en la Fig. 2, despues de que los parametros de la camara han sido modificados de nuevo; y
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- Figura 4: la representacion mostrada en la Figura 3, despues de haber modificado nuevamente los parametros de la camara.
La figura 1 muestra una representacion bidimensional de las caractensticas visuales 01 que se han extrafdo de una imagen que se ha grabado previamente con una camara. Las caractensticas visuales extrafdas 01 se simbolizan con drculos. Las caractensticas visuales ex^das 01 pueden, por ejemplo, ser esquinas o bordes, que se han extrafdo en la imagen capturada.
La representacion bidimensional de las caractensticas visuales extrafdas 01 se superpone, a efectos de ilustracion, a una imagen caractenstica que comprende elementos visuales ilustrados 02. La imagen caractenstica es el resultado de la aplicacion de parametros de la camara determinados inicialmente a una descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales del entorno tomadas con la camara. Las caractensticas visuales 01 extrafdas de la imagen capturada y las caractensticas visuales 02 de la imagen caractenstica son del mismo tipo, por ejemplo, siempre bordes. En la medida en que los parametros de la camara inicialmente determinados sean ya iguales a los parametros reales de la camara que se dieron durante la grabacion de la imagen, las caractensticas visuales extrafdas 01 y las caractensticas visuales 02 de la imagen caractenstica se representanan superpuestas una encima de otra.
La determinacion de las caractensticas visuales en una imagen capturada tiene lugar solo con una fiabilidad limitada. Por lo tanto, siempre hay tambien caractensticas erroneamente determinadas 03, que se simbolizan con drculos rellenos.
La figura 2 muestra la representacion mostrada en la figura 1 despues de modificar los parametros de la camara determinados inicialmente y de mapear otra imagen caractenstica. Varios de los parametros de la camara, como la alineacion o la posicion, se han modificado al azar. Como resultado del cambio, la alineacion segun los parametros de la camara modificados se ha aproximado a la orientacion real de la camara durante la grabacion de la imagen, mientras que los parametros de posicion difieren notablemente de la posicion de la camara durante la grabacion de la primera imagen.
La figura 3 muestra la representacion mostrada en la figura 2 despues de modificar de nuevo los parametros de la camara y de determinar otra imagen caractenstica. En particular, se han modificado los parametros de posicion para que se acerquen a la posicion de la camara utilizada durante la grabacion de la imagen. Como puede verse en la figura 3, varias de las caractensticas 02 de la imagen caractenstica ya estan en proximidad a varias de las caractensticas visuales 01 extrafdas de la imagen.
La figura 4 muestra la representacion mostrada en la figura 3, despues de modificar nuevamente los parametros de la camara, de modo que los parametros 02 de la imagen caractenstica adicional se han hecho coincidir predominantemente con las caractensticas visuales 01 extrafdas de la imagen. Los parametros de la camara modificados nuevamente representan asf una aproximacion suficiente a los parametros reales dados por la camara durante la grabacion de la imagen, de manera que representan el resultado del procedimiento segun la invencion.
Lista de simbolos de referencia
01 - caractensticas visuales extrafdas de la imagen capturada
02 - caractensticas visuales representadas en la imagen caractenstica
03 - caractensticas visuales extrafdas incorrectamente.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la determinacion de los parametros de una camara, con el que se graba una imagen de un entorno, donde el procedimiento comprende las siguientes etapas:
    - suministro de una descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno;
    - determinacion inicial de los parametros de la camara, que incluyen al menos un parametro extnnseco de la camara;
    - grabacion de una imagen del entorno con la camara;
    - aplicacion de un detector de caractensticas a la imagen para extraer caractensticas visuales (01);
    - aplicacion de los parametros de la camara determinados inicialmente a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno para mapear las caractensticas visuales (02) del entorno en una imagen caractenstica;
    - comparacion, por medio de las posiciones de las caractensticas de la imagen, de un conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos;
    - modificacion de los parametros de la camara y aplicacion de los parametros de la camara modificados a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno para mapear las caractensticas visuales (02) del entorno en una imagen caractenstica adicional; y
    - comparacion nuevamente, por medio de las posiciones de las caractensticas de la imagen, de un conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica adicional para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos, donde se repiten los pasos del procedimiento de modificacion de los parametros de la camara, aplicacion de los parametros de la camara modificados y comparacion de ambos conjuntos hasta que el grado de coincidencia determinado supere un umbral, de modo que los parametros de la camara modificados constituyan entonces los parametros determinados de la camara para la imagen.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el entorno esta formado por un entorno natural y la camara esta formada por una camara real.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o segun la reivindicacion 2, caracterizado por que, al comparar el conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen con el conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica, se comparan las posiciones absolutas y relativas de las caractensticas visuales individuales (01, 02).
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que, al comparar el conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen con el conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica, otras propiedades visuales que no coincidan con las caractensticas visuales (01, 02) permanecen opacas.
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la modificacion de los parametros de la camara se realiza aleatoriamente y dentro de unos lfmites.
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado por que los lfmites para la modificacion de los parametros de la camara se estrechan cuando el grado de concordancia determinado es repetidamente mayor que el grado de concordancia previamente determinado.
  7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el conjunto de las caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen es un subconjunto fiel de las caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen, y el subconjunto fiel de las caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen se determina seleccionando aquellas caractensticas visuales de las caractensticas visuales extrafdas (01) que quedan por debajo de un umbral inferior segun su grado de fiabilidad.
  8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la descripcion suministrada de las caractensticas visuales (02) del entorno describe aquellas caractensticas visuales que son detectables con el detector de caractensticas.
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que la preparacion de la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno se realiza aplicando el detector de caractensticas a varias imagenes del entorno grabadas desde diferentes perspectivas.
  10. 10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que las etapas de la modificacion reiterada de los parametros de la camara comenzando con los parametros de la camara determinados inicialmente,
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    la aplicacion reiterada de los parametros de la camara modificados a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno y la comparacion reiterada de un conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica adicional hasta que se supera un umbral segun el grado de coincidencia establecido, se realizan varias veces, de modo que se seleccionan aquellos parametros de la camara modificados en ultimo lugar para que se conviertan en los parametros de la camara determinados para la imagen, cuando el grado de coincidencia establecido supere ampliamente el umbral.
  11. 11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que se aplica a una imagen en movimiento, en el que la imagen grabada forma una primera imagen y en el que el procedimiento comprende las siguientes etapas adicionales:
    - grabacion de una segunda imagen del entorno con la camara;
    - aplicacion del detector de caractensticas a la segunda imagen para extraer las caractensticas visuales (01);
    - aplicacion de los parametros de la camara determinados para la primera imagen a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno con el fin de mostrar las caractensticas visuales (02) del entorno en una imagen caractenstica;
    - comparacion de un conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la segunda imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos;
    - modificacion de los parametros de la camara y aplicacion de los parametros de la camara modificados a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno para mostrar las caractensticas visuales (02) del entorno en una imagen caractenstica adicional; y
    - comparacion de un conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la segunda imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica adicional para determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos, en el que las etapas de modificacion de los parametros de la camara, aplicacion de los parametros de la camara modificados y comparacion entre ambos conjuntos se repiten hasta que el grado de coincidencia determinado supere un umbral, de manera que los parametros de la camara modificados en ultimo lugar constituyen entonces los parametros de la camara determinados para la segunda imagen.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11, caracterizado por que la imagen en movimiento comprende, ademas de la primera imagen y la segunda imagen, una pluralidad de otras imagenes sucesivas, para lo cual cada vez se realizan las etapas indicadas para la segunda imagen, estando siempre la primera imagen formada cada vez por la imagen anterior.
  13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, que a su vez depende de la reivindicacion 9, caracterizado por que las imagenes del entorno grabadas desde diferentes perspectivas estan formadas por varias de las imagenes de la imagen en movimiento.
  14. 14. Equipo de procesamiento de imagenes disenado para realizar el procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 13, donde el equipo comprende los siguientes medios:
    - medios para proporcionar una descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno;
    - camara para grabar una imagen del entorno;
    - medios para el establecimiento inicial de los parametros de la camara, que comprenden al menos un parametro extnnseco de la camara;
    - detector de caractensticas para extraer caractensticas visuales (01) de la imagen;
    - medios para aplicar los parametros de la camara determinados inicialmente a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno, con el fin de mostrar las caractensticas visuales (02) del entorno en una imagen caractenstica;
    - medios para comparar, por medio de las posiciones de las caractensticas de la imagen, un conjunto de caractensticas visuales (01) extrafdas de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica, con el fin de determinar un grado de coincidencia entre ambos conjuntos;
    - medios para modificar los parametros de la camara y para aplicar los parametros de la camara modificados a la descripcion geometrica tridimensional de las caractensticas visuales (02) del entorno, con el fin de mostrar las caractensticas visuales (02) del entorno de una imagen caractenstica adicional; y
    - medios para comparer nuevamente por medio de las posiciones de las caractensticas de la imagen un conjunto de caractensticas visuales (01) ex^das de la imagen con un conjunto de caractensticas visuales (02) de la imagen caractenstica adicional, con el fin de determinar el grado de coincidencia entre ambos conjuntos, donde se repiten los pasos de modificar los parametros de la camara, aplicar los parametros de la camara modificados y comparar 5 ambos conjuntos hasta que el grado de coincidencia determinado supere un umbral, de manera que los parametros de la camara modificados constituyan entonces los nuevos parametros de la camara determinados para la imagen.
  15. 15. Equipo de procesamiento de imagenes segun la reivindicacion 14, caracterizado por que esta formado por un ordenador, por una tableta o por un telefono inteligente.
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