RU2595620C1 - Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces - Google Patents

Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces Download PDF

Info

Publication number
RU2595620C1
RU2595620C1 RU2015102916/08A RU2015102916A RU2595620C1 RU 2595620 C1 RU2595620 C1 RU 2595620C1 RU 2015102916/08 A RU2015102916/08 A RU 2015102916/08A RU 2015102916 A RU2015102916 A RU 2015102916A RU 2595620 C1 RU2595620 C1 RU 2595620C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stereo cameras
points
dimensional
cameras
stereo
Prior art date
Application number
RU2015102916/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Григорьевич Андрианов
Иван Леонидович Журавлев
Светлана Викторовна Коробкова
Алексей Андреевич Кадейшвили
Александр Юрьевич Соколов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Вокорд СофтЛаб"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Вокорд СофтЛаб" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Вокорд СофтЛаб"
Priority to RU2015102916/08A priority Critical patent/RU2595620C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595620C1 publication Critical patent/RU2595620C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: group of inventions relates to techniques for identification of images, and specifically to methods for personal identification employing video cameras. Disclosed is method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces. Method includes step of obtaining projections from stereo cameras three-dimensional image with face texture onto two-dimensional surface, then set of adjacent points is determined on obtained projections of facial images, corresponding to same areas of image from two or more stereo cameras. Some of found adjacent points therein are filtered to select most reliable points, that is followed by three-dimensional reconstruction of adjacent points, further, angles for turning and three-dimensional transfer for adjacent points in coordinate system, common for all stereo cameras. Followed by calculating mutual position of said stereo cameras relative to each other, and finally, calibrating stereo cameras is performed between each other based on mutual position of stereo cameras relative to each other.
EFFECT: technical result is higher accuracy of auto calibration of stereo cameras to each other.
5 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Данное изобретение относится к области распознавания образов, а именно к способам идентификации личности человека с помощью видеокамер.This invention relates to the field of pattern recognition, and in particular to methods for identifying a person’s identity using video cameras.

Изобретение также относится к области машинного зрения, и может использоваться в робототехнике.The invention also relates to the field of machine vision, and can be used in robotics.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

В настоящее время для распознавания лица человека с помощью двух стереокамер, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, важно калибровать стереокамеры между собой. Из-за большого расстояния между стереокамерами элементы конструкции крепления камер могут быть подвержены вибрации, вследствие которой вносят случайные изменения в калибровку стереокамер. Поэтому важно уметь определять калибровку между стереокамерами автоматически, изменяя текущее значение калибровки в реальном времени, и не останавливая эксплуатацию системы распознавания лиц.Currently, to recognize a person’s face using two stereo cameras located at a certain distance from each other, it is important to calibrate the stereo cameras between themselves. Due to the large distance between the stereo cameras, the structural elements of the camera mount may be subject to vibration, as a result of which random changes are made to the calibration of the stereo cameras. Therefore, it is important to be able to determine the calibration between stereo cameras automatically, changing the current calibration value in real time, and not stopping the operation of the face recognition system.

Существует много методов калибровки камер в стереоскопической системе, в том числе использование точки схода (vanishing points), нейронные сети, перпендикулярные плоскости (Calibration of stereo cameras from two perpendicular planes), метод Faugeras и Toscani, метод калибровки с помощью шахматной доски, метод калибровки камеры при помощи объектива с переменным фокусным расстоянием Марины Колесник. Все эти методы имеют общий недостаток - в процессе калибровки от пользователя требуется вручную выбирать контрольные точки, линии или плоскости, имеющиеся на изображениях, которые получены с помощью камер стереопары.There are many methods for calibrating cameras in a stereoscopic system, including using vanishing points, neural networks, perpendicular planes (Calibration of stereo cameras from two perpendicular planes), the Faugeras and Toscani method, a checkerboard calibration method, and a calibration method cameras using a zoom lens of Marina Kolesnik. All these methods have a common drawback - during the calibration process, the user is required to manually select the control points, lines or planes available on the images that are obtained using stereo pair cameras.

Известно решение (смотрите непатентный документ 1), в котором выполняют регистрацию набора изображений тест-объекта, после чего выполняют пороговую фильтрацию изображения, распознают тест-объект по размерам и форме, далее производят удаление фона, определяют положение четырех крайних точек, калибруют первую и вторую камеры, и в итоге производят калибровку системы в целом.A solution is known (see non-patent document 1), in which registration of a set of images of a test object is performed, after which threshold filtering of the image is performed, the test object is recognized by size and shape, then the background is removed, the position of the four extreme points is determined, the first and second are calibrated cameras, and eventually calibrate the system as a whole.

Недостатком решения является то, что для повышения точности калибровки необходимо увеличивать количество изображений тест-объектов, участвующих в калибровке системы (смотрите непатентный документ 2). Можно сделать вывод, что результат калибровки стабилизируется, если снимков больше двадцати, что повышает вычислительную нагрузку и снижает скорость работы способа.The disadvantage of this solution is that to increase the accuracy of calibration, it is necessary to increase the number of images of test objects involved in the calibration of the system (see non-patent document 2). We can conclude that the calibration result is stabilized if there are more than twenty images, which increases the computational load and reduces the speed of the method.

Из уровня техники известен способ (смотрите патентный документ 1), в котором две или более стереокамер располагают на некотором расстоянии между собой, при этом каждая из стереокамер реконструирует свое трехмерное изображение части лица, потом отдельные части совмещают в одно общее трехмерное изображение, по которому производится распознавание. Для точного совмещения частей изображения из разных камер предложено калибровать стереокамеры одновременно по видимым общим элементам изображения.The prior art method (see patent document 1), in which two or more stereo cameras are located at some distance between each other, each of the stereo cameras reconstructs its three-dimensional image of a part of the face, then the individual parts are combined into one common three-dimensional image, according to which recognition. To accurately combine parts of the image from different cameras, it is proposed to calibrate stereo cameras simultaneously by visible common image elements.

В указанном патенте не конкретизируется способ автоматической калибровки стереокамер, а указано лишь, что калибровка осуществляется по видимым общим участкам изображения. В одном из вариантов предлагается совмещать реконструированные с помощью стереокамер части лица человека в общую трехмерную реконструкцию лица человека в абсолютном масштабе расстояний, для чего используют набор двух или более контрольных точек зоны наблюдения, абсолютные расстояния между которыми заранее известны.This patent does not specify a method for automatically calibrating stereo cameras, but merely states that calibration is performed on visible common areas of the image. In one embodiment, it is proposed to combine parts of a person’s face reconstructed with stereo cameras into a general three-dimensional reconstruction of a person’s face in an absolute distance scale, for which a set of two or more control points of the observation zone is used, the absolute distances between which are known in advance.

Недостатками данного способа автокалибровки являются отсутствие на сцене набора двух или более контрольных точек зоны наблюдения, абсолютные расстояния между которыми заранее известны. Также очевидно, что использование всех видимых точек изображения является вычислительно затратным. Совмещение всех видимых точек в трехмерном пространстве опирается лишь на геометрическую информацию об объекте, при этом возможны ошибки совмещения. Возможны случаи, когда одна часть трехмерных точек из одной стереокамеры совмещается к другой части точек, видимых во второй стереокамере таким образом, что совмещенные трехмерные точки соответствуют различным участкам лица человека, такое совмещение приводит к искажениям формы лица и ухудшению распознавания.The disadvantages of this method of autocalibration are the absence on the scene of a set of two or more control points of the observation zone, the absolute distances between which are known in advance. It is also obvious that using all the visible image points is computationally expensive. The combination of all visible points in three-dimensional space relies only on geometric information about the object, and alignment errors are possible. There may be cases when one part of the three-dimensional points from one stereo camera is aligned to another part of the points visible in the second stereo camera in such a way that the combined three-dimensional points correspond to different parts of the person’s face, such a combination leads to distortion of the face shape and deterioration of recognition.

[Non-patent document 1] Авторы: В.В. Коротаева, А.В. Краснящиха, С.Н. Ярышева, Х.В. Нгуена, название: МЕТОД АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2014, №4 (92). [Non-patent document 2] Крылов Д.В. Исследование метода фотограмметрической калибровки цифровых камер с использованием пространственного тест-объекта // Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2011. №1. С. 57-62.[Non-patent document 1] Authors: V.V. Korotaeva, A.V. Krasnyashchina, S.N. Yarysheva, H.V. Nguyen, name: METHOD OF AUTOMATIC CALIBRATION OF STEREOSCOPIC SYSTEM, Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2014, No. 4 (92). [Non-patent document 2] Krylov D.V. Investigation of the method of photogrammetric calibration of digital cameras using a spatial test object // News of universities. Geodesy and aerial photography. 2011. No1. S. 57-62.

[Patent document 1] RU 2488882 «Способ идентификации личности человека», опубликовано 27.07.2013, патентообладатель ООО "Вокорд СофтЛаб" (Яи).[Patent document 1] RU 2488882 “Method for the identification of a person’s personality”, published July 27, 2013, patent holder of Vokord SoftLab LLC (Yai).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Данное изобретение направлено на устранение недостатков, присущих существующим решениям.The present invention addresses the disadvantages inherent in existing solutions.

Техническим результатом данного изобретения является повышение точности автокалибровки стереокамер между собой.The technical result of this invention is to increase the accuracy of auto-calibration of stereo cameras with each other.

Данный технический результат достигается благодаря способу автокалибровки стереокамер, используемых в целях автоматического распознавания лица человека, в котором получают со стереокамер проекции трехмерного изображения с текстурой лица на двумерную поверхность, после чего определяют набор сопряженных точек на полученных проекциях изображения лица, соответствующих одинаковым участкам изображения на двух или более стереокамерах, причем некоторые из найденных сопряженных точек фильтруются для отбора наиболее надежных точек, затем выполняют трехмерную реконструкцию сопряженных точек, далее определяют углы поворота и трехмерного переноса для сопряженных точек в системе координат, общей для всех стереокамер, после чего вычисляют взаимное положение указанных стереокамер относительно друг друга, и в итоге выполняют калибровку стереокамер между собой по взаимному положению стереокамер относительно друг друга.This technical result is achieved due to the method of auto-calibration of stereo cameras used for automatic recognition of a person’s face, in which projections of a three-dimensional image with a texture of a face onto a two-dimensional surface are obtained from stereo cameras, after which a set of conjugate points on the obtained projections of the face image corresponding to the same image parts on two or more stereo cameras, some of the found paired points being filtered to select the most reliable points, then perform three-dimensional reconstruction of the conjugate points, then determine the rotation angles and three-dimensional transfer for the conjugate points in the coordinate system common to all stereo cameras, then calculate the relative position of these stereo cameras relative to each other, and ultimately calibrate the stereo cameras between themselves according to the relative position of the stereo cameras relative to each other friend.

Поверхность проекции, на которой вычисляют сопряженные точки, является общей для двух или более стереокамер.The projection surface on which the conjugate points are calculated is common to two or more stereo cameras.

Поиск сопряженных точек может осуществляться с помощью функции корреляции в небольшом заданном окне, методом оптического потока, или с помощью специальных дескрипторов точек двумерного изображения.The search for conjugate points can be carried out using the correlation function in a small specified window, by the optical flow method, or using special descriptors of points of a two-dimensional image.

Трехмерная реконструкция сопряженных точек выполняется в системе координат каждой из стереокамер.Three-dimensional reconstruction of conjugate points is performed in the coordinate system of each of the stereo cameras.

Поверхность проекции является плоскостью.The projection surface is a plane.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приводимого ниже подробного описания изобретения, примера реализации и прилагаемых чертежей, на которых:Signs and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the invention, an example implementation and the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 - Расположение двух стереокамер (1, 2 - стереокамеры, 3, 4, 5, 6 - объективы видеокамер, входящих в состав стереокамер, 7 - несущие столбики, на которые устанавливаются стереокамеры, 8 - станина для крепления несущих столбиков).FIG. 1 - Arrangement of two stereo cameras (1, 2 - stereo cameras, 3, 4, 5, 6 - lenses of the cameras included in stereo cameras, 7 - load-bearing columns on which stereo cameras are installed, 8 - bed for attaching load-bearing columns).

Фиг. 2 - Пример 2D-изображений лица, получаемых камерами 3, 4, 5, 6 на Фиг. 1.FIG. 2 - An example of 2D face images obtained by cameras 3, 4, 5, 6 in FIG. one.

Фиг. 3 - Реконструированное поле 3D-точек лица с двух стереокамер (а) - для левой стереокамеры, (б) - для правой стереокамеры.FIG. 3 - The reconstructed field of 3D points of the face from two stereo cameras (a) for the left stereo camera, (b) for the right stereo camera.

Фиг. 4 - Проекции 3D-изображения лица на плоскость.FIG. 4 - Projections of a 3D image of a face onto a plane.

(а) - для левой стереокамеры, (б) - для правой стереокамеры.(a) for the left stereo camera, (b) for the right stereo camera.

Фиг. 5 - Проекция всех 3D-участков лица на плоскость, соответствующая начальной калибровке камер, при существующей вибрации несущих столбиков, с искажениями пропорций на лице (нос стал уже).FIG. 5 - The projection of all 3D sections of the face onto a plane corresponding to the initial calibration of the cameras, with the existing vibration of the supporting columns, with distortion of the proportions on the face (the nose has become narrower).

Фиг. 6 - Эталонное изображение того же человека из базы данных, с которым производится сравнение изображения на Фиг. 6.FIG. 6 - A reference image of the same person from the database with which the image is compared in FIG. 6.

Фиг. 7 - Расстановка сопряженных точек на проекциях 3D изображений лица на заданную плоскость, (а) - для левой стереокамеры, (б) - для правой стереокамеры.FIG. 7 - Arrangement of conjugate points on the projections of 3D images of the face on a given plane, (a) for the left stereo camera, (b) for the right stereo camera.

Фиг. 8 - Неискаженная проекция всех трехмерных участков лица на заданную плоскость, после процедуры автокалибровки согласно предлагаемому способу.FIG. 8 - The undistorted projection of all three-dimensional parts of the face on a given plane, after the auto-calibration procedure according to the proposed method.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Ниже будут описаны понятия и определения, необходимые для подробного раскрытия осуществляемого изобретения.Below will be described the concepts and definitions necessary for the detailed disclosure of the invention.

Стереокамера - тип видеокамеры с двумя или более съемочными объективами, создающими раздельные кадры на фотопленке или матрице.A stereo camera is a type of video camera with two or more shooting lenses that create separate frames on film or matrix.

Калибровка камеры - это задача получения внутренних и внешних параметров камеры по имеющимся фотографиям или видео, отснятыми ею.Camera calibration is the task of obtaining the internal and external parameters of the camera from the available photos or videos captured by it.

Автокалибровка - получение калибровочных данных непосредственно по изображениям, причем в сцене не требуется присутствие специальных калибровочных объектов.Autocalibration - obtaining calibration data directly from images, and the presence of special calibration objects in the scene is not required.

Сопряженные точки - точки, которые соответствуют одинаковым участкам изображения лица на разных стереопарах, которые автоматически определяются после построения проекций.Conjugated points are points that correspond to the same parts of the face image on different stereo pairs, which are automatically determined after the projections are built.

Данное изобретение в различных своих вариантах осуществления может быть выполнено в виде способа, в том числе реализуемого на компьютере, в виде системы или машиночитаемого носителя, содержащего инструкции для выполнения вышеупомянутого способа.This invention in its various embodiments can be implemented in the form of a method, including that implemented on a computer, in the form of a system or computer-readable medium containing instructions for performing the aforementioned method.

В данном изобретении под системой подразумевается компьютерная система, ЭВМ (электронно-вычислительная машина), ЧПУ (числовое программное управление), ПЛК (программируемый логический контроллер), компьютеризированные системы управления и любые другие устройства, способные выполнять заданную, четко определенную последовательность операций (действий, инструкций).In this invention, a system means a computer system, a computer (electronic computer), CNC (numerical control), PLC (programmable logic controller), computerized control systems and any other devices that can perform a given, well-defined sequence of operations (actions, instructions).

Под устройством обработки команд подразумевается электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (программы).By a command processing device is meant an electronic unit or an integrated circuit (microprocessor) that executes machine instructions (programs).

Устройство обработки команд считывает и выполняет машинные инструкции (программы) с одного или более устройства хранения данных. В роли устройства хранения данных могут выступать, но, не ограничиваясь, жесткие диски (HDD), флеш-память, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), твердотельные накопители (SSD), оптические приводы.The command processing device reads and executes machine instructions (programs) from one or more data storage devices. Data storage devices may include, but are not limited to, hard disks (HDDs), flash memory, ROM (read only memory), solid state drives (SSDs), and optical drives.

Программа - последовательность инструкций, предназначенных для исполнения устройством управления вычислительной машины или устройством обработки командProgram - a sequence of instructions intended for execution by a control device of a computer or a device for processing commands

Согласно изобретению, способ автокалибровки стереокамер, используемых в целях автоматического распознавания лица человека, включает следующие шаги:According to the invention, a method for automatically calibrating stereo cameras used for automatic recognition of a person's face includes the following steps:

получают со стереокамер проекции трехмерного изображения с текстурой лица на двумерную поверхность;receive from stereo cameras projections of a three-dimensional image with a texture of the face on a two-dimensional surface;

Видеокамеры располагают попарно, при этом синхронизируют друг с другом и калибруют между собой, образуя стереокамеру из двух видеокамер (Фиг. 1). Располагают стереокамеры на заданном расстоянии друг от друга в количестве двух или более, при этом каждая стереокамера осуществляет независимую трехмерную реконструкцию видимой ей части лица человека, совмещают реконструированные части лица человека в общую трехмерную реконструкцию лица человека, при этом производят непрерывную, либо периодическую калибровку стереокамер между собой. При этом становится возможным строить уже как минимум две независимые трехмерные реконструкции лица человека.Video cameras are arranged in pairs, while synchronizing with each other and calibrating among themselves, forming a stereo camera from two video cameras (Fig. 1). The stereo cameras are positioned at a predetermined distance from each other in an amount of two or more, with each stereo camera performing an independent three-dimensional reconstruction of the visible part of a person’s face, combining the reconstructed parts of a person’s face into a general three-dimensional reconstruction of a person’s face, while performing continuous or periodic calibration of stereo cameras between by myself. At the same time, it becomes possible to build at least two independent three-dimensional reconstructions of a person’s face.

Изображения лица человека используются явно вместе с текстурой, образуемые на проекциях трехмерных изображений на некоторую поверхность. Указанная поверхность может быть выбрана независимо для каждой стереокамеры, либо быть общей для двух или более стереокамер. Полученные изображения проекции лица на выбранные поверхности вместе с текстурой изображены на Фиг. 4.Images of a person’s face are used explicitly with texture, formed on projections of three-dimensional images onto a certain surface. The specified surface can be selected independently for each stereo camera, or be common to two or more stereo cameras. The obtained images of the projection of the face onto the selected surfaces together with the texture are depicted in FIG. four.

определяют набор сопряженных точек на полученных проекциях изображения лица, соответствующих одинаковым участкам изображения на двух или более стереокамерах, причем некоторые из найденных сопряженных точек фильтруются для отбора наиболее надежных точек;determine a set of conjugate points on the obtained projections of the face image corresponding to the same image areas on two or more stereo cameras, some of the found conjugate points are filtered to select the most reliable points;

На изображениях проекции автоматически определяют точки, которые соответствуют одинаковым участкам изображения лица на разных стереопарах. Число таких точек может быть значительно меньше общего числа всех точек проекции для повышения производительности вычислений.On the projection images, points are automatically determined that correspond to the same parts of the face image on different stereo pairs. The number of such points can be significantly less than the total number of all projection points in order to increase computational performance.

Поиск сопряженных точек может осуществляться различными известными способами, например, с помощью функции корреляции в небольшом заданном окне (обычно используется небольшое окно размером 7-15 пикселов), методом оптического потока, или с помощью специальных дескрипторов точек двумерного изображения (SIFT, SURF и др), но, не ограничиваясь.The search for conjugate points can be carried out in various known ways, for example, using the correlation function in a small specified window (usually a small window of 7-15 pixels is used), the optical flow method, or using special descriptors of two-dimensional image points (SIFT, SURF, etc.) but not limited to.

Некоторые из найденных сопряженных точек могут быть дополнительно отфильтрованы по определенным признакам (например, в указанной точке изображения низкий контраст, или ее трехмерный образ характеризуется высоким шумом в окрестности), тем самым, отбираются наиболее надежные сопряженные точки.Some of the found conjugate points can be additionally filtered by certain signs (for example, at a specified point in the image low contrast, or its three-dimensional image is characterized by high noise in the vicinity), thereby, the most reliable conjugate points are selected.

На Фиг. 7 белыми и черными точками показаны сопряженные точки на двух проекциях, а белыми отрезками соединены соответствующие сопряженные точки из двух стереокамер.In FIG. 7, the white and black dots show the conjugate points on two projections, and the white segments show the corresponding conjugate points from two stereo cameras.

выполняют трехмерную реконструкцию сопряженных точек;perform three-dimensional reconstruction of the conjugate points;

Поскольку все точки проекции получены в результате проективного преобразования из трехмерного изображения лица на некоторую поверхность для заданной стереокамеры, то для каждой из указанных сопряженных точек можно выполнить обратное преобразование и определить трехмерные координаты точки в системе координат заданной стереокамеры.Since all projection points are obtained as a result of projective conversion from a three-dimensional image of a face to a certain surface for a given stereo camera, then for each of these conjugate points, you can perform the inverse transformation and determine the three-dimensional coordinates of a point in the coordinate system of a given stereo camera.

Трехмерная реконструкция выполняется в системе координат каждой из стереокамер.Three-dimensional reconstruction is performed in the coordinate system of each of the stereo cameras.

Вследствие нарушения взаимной калибровки (например, вибрации несущих элементов конструкции крепления стереокамер), трехмерная реконструкция сопряженных точек одной стереокамеры может пространственно не совпадать с трехмерной реконструкцией другой камеры, если выбрать общую трехмерную систему координат для двух стереокамер.Due to the violation of mutual calibration (for example, vibration of load-bearing elements of the stereo camera mount structure), the three-dimensional reconstruction of the conjugate points of one stereo camera may not spatially coincide with the three-dimensional reconstruction of another camera, if you select a common three-dimensional coordinate system for two stereo cameras.

определяют углы поворота и трехмерного переноса для сопряженных точек в системе координат, общей для всех стереокамер;determine the angles of rotation and three-dimensional transfer for the conjugate points in the coordinate system common to all stereo cameras;

Для определения расхождения между сопряженными точками нескольких стереокамер, выполняется подбор такого угла поворота и перемещения в общей трехмерной системе координат, которые совмещают трехмерные сопряженные точки одной камеры в точки другой камеры.To determine the discrepancy between the conjugate points of several stereo cameras, the selection of such an angle of rotation and movement in a common three-dimensional coordinate system that combine the three-dimensional conjugate points of one camera to the points of another camera.

Заранее известно, какие трехмерные точки должны быть совмещены, среди общего количества всех трехмерных точек на реконструированном трехмерном изображении лица, поскольку данные точки получены как сопряженные.It is known in advance which three-dimensional points should be combined, among the total number of all three-dimensional points in the reconstructed three-dimensional image of the face, since these points are obtained as conjugate.

вычисляют взаимное положение указанных стереокамер относительно друг друга, на основе положения сопряженных точек в системе координат каждой стереокамеры, и положения сопряженных точек друг относительно друга в общей системе координат, которое было определено выше.calculate the relative position of these stereo cameras relative to each other, based on the position of the conjugate points in the coordinate system of each stereo camera, and the position of the conjugate points relative to each other in the common coordinate system, which was defined above.

выполняют калибровку стереокамер между собой по взаимному положению стереокамер относительно друг друга;calibrate the stereo cameras to each other according to the relative position of the stereo cameras relative to each other;

Калибровку выполняют на основе вычисленного взаимного положения стереокамер относительно друг друга на предыдущем шаге и параметров калибровки камер внутри стереокамеры. Последние считаются заранее известными и могут быть определены при изготовлении стереокамеры независимым способом, например, с помощью калибровки по шаблону алгоритмом Tsai (A versatile camera calibration technique for high accuracy 3D machine vision metrology using off-the-shelf TV cameras and lenses - R.Y. Tsai ДЕЕЕ J. Robotics Automat., pages 323-344, Vol.RA-3, No. 41987)Calibration is performed based on the calculated relative position of the stereo cameras relative to each other in the previous step and the calibration parameters of the cameras inside the stereo camera. The latter are considered to be known in advance and can be determined in the manufacture of a stereo camera by an independent method, for example, using the template calibration algorithm Tsai (A versatile camera calibration technique for high accuracy 3D machine vision metrology using off-the-shelf TV cameras and lenses - RY Tsai ДЕЕЕ J. Robotics Automat., Pages 323-344, Vol. RA-3, No. 41987)

Цель автокалибровки состоит в определении собственных данных, таких как дисторсия, фокусное расстояние, угол наклона, угол поворота вокруг оси, высота установки камеры, размер сенсора, разрешение сенсора, которые определяются автоматически с использованием известных методов калибровки [Л. Шапиро, Дж. Стокман. Компьютерное зрение. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006, стр. 567-578].The purpose of auto-calibration is to determine your own data, such as distortion, focal length, tilt angle, angle of rotation around the axis, camera height, sensor size, sensor resolution, which are determined automatically using known calibration methods [L. Shapiro, J. Stockman. Computer vision. Moscow: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2006, pp. 567-578].

Преимуществом предложенного способа является использование текстурной информации на проекциях изображений лица, а не только геометрической информации трехмерной формы лица.An advantage of the proposed method is the use of texture information on projections of facial images, and not just geometric information of a three-dimensional face shape.

Предлагается использовать проекции изображения лица на одинаковую заданную плоскость для двух или более стереокамер. Такое решение обеспечивает сохранение геометрических пропорций всех элементов лица при правильной калибровке. При небольшом расхождении калибровки между стереокамерами расхождение проекций является незначительным, и в большинстве случаев сводится к смещению мелких участков изображения из одной проекции на другую, как показано на Фиг. 7, без значительных деформаций формы мелких участков изображения. Поэтому в данном способе может эффективно использоваться функция корреляции точек в небольшом заданном прямоугольном окне для поиска сопряженных точек.It is proposed to use projections of the face image on the same given plane for two or more stereo cameras. This solution ensures the preservation of the geometric proportions of all elements of the face with the correct calibration. With a small calibration discrepancy between stereo cameras, the discrepancy between the projections is insignificant, and in most cases comes down to a shift of small portions of the image from one projection to another, as shown in FIG. 7, without significant deformations of the shape of small portions of the image. Therefore, in this method, the correlation function of points in a small predetermined rectangular window can be effectively used to search for conjugate points.

Предложенный способ автокалибровки прошел экспериментальную проверку. Реконструкция была выполнена с использованием четырех синхронизированных по времени камер. Разрешение камер составляло: 1280×1024, частота кадров: 12 кадров/сек. Камеры были объединены в два стереомодуля (в две вертикальные пары, синхронизированные по времени и калиброванные друг с другом), расположенные на левой и правой стороне пропускной системы (см. Фиг 1). Расстояние между двумя камерами в паре составляло 20 см., между стереомодулями - порядка 1 м.The proposed autocalibration method has been tested experimentally. The reconstruction was carried out using four time-synchronized cameras. The resolution of the cameras was: 1280 × 1024, frame rate: 12 frames / sec. The cameras were combined into two stereo modules (in two vertical pairs, time synchronized and calibrated with each other) located on the left and right side of the throughput system (see Fig. 1). The distance between the two cameras in the pair was 20 cm, between the stereo modules - about 1 m.

Автокалибровка предложенным способом проводилась в условиях минимальной освещенности (400-600 люкс) на расстоянии до 2 м от камер. Тестирование проводилось на базе данных лиц (текстуры + трехмерные модели), состоящей из примерно 1800 изображений около 600 людей.Autocalibration by the proposed method was carried out in conditions of minimum illumination (400-600 lux) at a distance of up to 2 m from the cameras. Testing was carried out on a database of faces (textures + three-dimensional models), consisting of approximately 1800 images of about 600 people.

В результате указанного способа удалось реализовать автокалибровку «на лету» для каждого проходящего человека.As a result of this method, it was possible to implement auto-calibration "on the fly" for each passing person.

С использованием вычислительной платформы CUDA время обработки для выполнения автокалибровки разработанным способом на графической карте GeForce GTX 680 (1536 ядер с частотой 1006 МГц) составило 80 мс, т.е. соответствует работе в реальном времени при частоте кадров 12 в сек.Using the CUDA computing platform, the processing time for performing automatic calibration by the developed method on a GeForce GTX 680 graphics card (1536 cores with a frequency of 1006 MHz) was 80 ms, i.e. corresponds to real-time operation at a frame rate of 12 per second.

Указанный способ позволил устранить расхождение автокалибровки стереомодулей в результате вибрации несущих элементов конструкции (столбиков крепления), в реальном времени для каждого нового входящего изображения лица.This method made it possible to eliminate the discrepancy in the auto-calibration of stereo modules as a result of vibration of the supporting structural elements (fastening columns) in real time for each new incoming face image.

На Фиг. 8 показано восстановленное фронтальное изображение лица, после автокалибровки стереокамер указанным способом, которое визуально имеет высокую степень похожести с эталоном на Фиг. 6..In FIG. 8 shows a reconstructed frontal image of a face after auto-calibration of stereo cameras in this way, which visually has a high degree of similarity with the reference in FIG. 6 ..

Специалисту в данной области, очевидно, что конкретные варианты осуществления способа автокалибровки стереокамер, используемых в целях автоматического распознавания лица человека, были описаны здесь в целях иллюстрации, допустимы различные модификации, не выходящие за рамки и сущности объема изобретения.It will be apparent to those skilled in the art that specific embodiments of the method for auto-calibrating stereo cameras used to automatically recognize a person’s face have been described herein for purposes of illustration, various modifications are possible without departing from the scope and essence of the scope of the invention.

Предложенный способ автокалибровки стереокамер, используемых в целях автоматического распознавания лица человека, рекомендован к использованию в аэропортах, вокзалах, метрополитене, для использования в системах идентификации личностей, статистического анализа, контроля попыток безбилетного прохождения турникетов, в правоохранительных органах для поиска правонарушителей в потоке людей, для идентификации пользователей компьютера, а также для идентификации личностей на предприятиях с пропускным режимом.The proposed method for auto-calibration of stereo cameras used for automatic recognition of a person’s face is recommended for use at airports, train stations, and the underground, for use in identity identification systems, statistical analysis, and control of attempts to stow through passage of turnstiles, in law enforcement agencies to search for offenders in a stream of people, for identification of computer users, as well as for identification of persons in enterprises with access control.

Claims (5)

1. Способ автокалибровки стереокамер, используемых в целях автоматического распознавания лица человека, включающий следующие шаги:
получают со стереокамер проекции трехмерного изображения с текстурой лица на двумерную поверхность;
определяют набор сопряженных точек на полученных проекциях изображения лица, соответствующих одинаковым участкам изображения на двух или более стереокамерах, причем некоторые из найденных сопряженных точек фильтруются для отбора наиболее надежных точек;
выполняют трехмерную реконструкцию сопряженных точек;
определяют углы поворота и трехмерного переноса для сопряженных точек в системе координат, общей для всех стереокамер;
вычисляют взаимное положение указанных стереокамер относительно друг друга;
выполняют калибровку стереокамер между собой по взаимному положению стереокамер относительно друг друга;
1. The method of auto-calibration of stereo cameras used for automatic recognition of a person’s face, including the following steps:
receive from stereo cameras projections of a three-dimensional image with a texture of the face on a two-dimensional surface;
determine a set of conjugate points on the obtained projections of the face image corresponding to the same image areas on two or more stereo cameras, some of the found conjugate points are filtered to select the most reliable points;
perform three-dimensional reconstruction of the conjugate points;
determine the angles of rotation and three-dimensional transfer for the conjugate points in the coordinate system common to all stereo cameras;
calculate the relative position of these stereo cameras relative to each other;
calibrate the stereo cameras to each other according to the relative position of the stereo cameras relative to each other;
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что указанная поверхность проекции, на которой вычисляют сопряженные точки, является общей для двух или более стереокамер.2. The method according to claim 1, characterized in that said projection surface on which the conjugate points are calculated is common to two or more stereo cameras. 3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что поиск сопряженных точек может осуществляться с помощью функции корреляции в небольшом заданном окне, методом оптического потока, или с помощью специальных дескрипторов точек двумерного изображения.3. The method according to claim 1, characterized in that the search for conjugate points can be carried out using the correlation function in a small specified window, by the optical flow method, or using special descriptors of points of a two-dimensional image. 4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что трехмерная реконструкция сопряженных точек выполняется в системе координат каждой из стереокамер.4. The method according to p. 1, characterized in that the three-dimensional reconstruction of the conjugate points is performed in the coordinate system of each of the stereo cameras. 5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что указанная поверхность проекции является плоскостью. 5. The method according to p. 1, characterized in that the specified projection surface is a plane.
RU2015102916/08A 2015-01-29 2015-01-29 Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces RU2595620C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102916/08A RU2595620C1 (en) 2015-01-29 2015-01-29 Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102916/08A RU2595620C1 (en) 2015-01-29 2015-01-29 Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2595620C1 true RU2595620C1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56892224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015102916/08A RU2595620C1 (en) 2015-01-29 2015-01-29 Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2595620C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788666C1 (en) * 2021-11-22 2023-01-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for mutual calibration of a video camera and a fan laser illumination apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6301370B1 (en) * 1998-04-13 2001-10-09 Eyematic Interfaces, Inc. Face recognition from video images
RU2488882C1 (en) * 2012-01-19 2013-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Вокорд СофтЛаб" Method of personal identification
RU2529594C1 (en) * 2010-09-13 2014-09-27 Рикох Компани, Лтд. Calibration device, distance measurement system, calibration method and calibration programme

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6301370B1 (en) * 1998-04-13 2001-10-09 Eyematic Interfaces, Inc. Face recognition from video images
EP1072014B1 (en) * 1998-04-13 2004-11-24 Nevengineering, Inc. Face recognition from video images
RU2529594C1 (en) * 2010-09-13 2014-09-27 Рикох Компани, Лтд. Calibration device, distance measurement system, calibration method and calibration programme
RU2488882C1 (en) * 2012-01-19 2013-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Вокорд СофтЛаб" Method of personal identification

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788666C1 (en) * 2021-11-22 2023-01-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for mutual calibration of a video camera and a fan laser illumination apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021004312A1 (en) Intelligent vehicle trajectory measurement method based on binocular stereo vision system
CN109997170B (en) Apparatus and method for obtaining distance information from view
CN108205797B (en) Panoramic video fusion method and device
CN109813251B (en) Method, device and system for three-dimensional measurement
KR102261020B1 (en) Improved camera calibration system, target and process
CN110717942B (en) Image processing method and device, electronic equipment and computer readable storage medium
JP6974873B2 (en) Devices and methods for retrieving depth information from the scene
US10311595B2 (en) Image processing device and its control method, imaging apparatus, and storage medium
KR102415501B1 (en) Method for assuming parameter of 3d display device and 3d display device thereof
WO2018133641A1 (en) A locating method and system
CN111179358A (en) Calibration method, device, equipment and storage medium
JP7224604B2 (en) Vehicle inspection system and method
US10186051B2 (en) Method and system for calibrating a velocimetry system
CN106530358A (en) Method for calibrating PTZ camera by using only two scene images
JP7479729B2 (en) Three-dimensional representation method and device
US9245375B2 (en) Active lighting for stereo reconstruction of edges
CN111080776A (en) Processing method and system for human body action three-dimensional data acquisition and reproduction
Krutikova et al. Creation of a depth map from stereo images of faces for 3D model reconstruction
CN110378995A (en) A method of three-dimensional space modeling is carried out using projection feature
CN113686314A (en) Monocular water surface target segmentation and monocular distance measurement method of shipborne camera
US10096113B2 (en) Method for designing a passive single-channel imager capable of estimating depth of field
JP2015019346A (en) Parallax image generator
WO2023098362A1 (en) Target area security and monitoring system based on hundred-million-level pixel camera
RU2595620C1 (en) Method for auto calibration of stereo cameras employed for automatic recognition of human faces
CN116051736A (en) Three-dimensional reconstruction method, device, edge equipment and storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180130

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20181211

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190813

Effective date: 20190813

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20190814

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200605