WO2018211057A1 - Marker-based camera tracker - Google Patents

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WO2018211057A1
WO2018211057A1 PCT/EP2018/063048 EP2018063048W WO2018211057A1 WO 2018211057 A1 WO2018211057 A1 WO 2018211057A1 EP 2018063048 W EP2018063048 W EP 2018063048W WO 2018211057 A1 WO2018211057 A1 WO 2018211057A1
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WO
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Prior art keywords
markers
camera
images
positions
scene
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/063048
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Michaelis
Original Assignee
Signum Bildtechnik GmbH
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 Signum Bildtechnik GmbH filed Critical Signum Bildtechnik GmbH
Publication of WO2018211057A1 publication Critical patent/WO2018211057A1/en

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/80Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/222Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/2224Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment related to virtual studio applications
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204Marker

Definitions

  • the present document relates to a marker-based "through the
  • Camera tracker the camera parameters based on shots of
  • Virtual studios (studios with a green background) need to be calibrated to display backgrounds using moving cameras, so that the virtual background is always visually displayed correctly, especially with respect to real objects in the studio, those of the cameras
  • the recording parameters may be
  • Properties of recording cameras act, such as their position and orientation in space or their focal length.
  • the proposed procedure is based on a measurement of markings mounted in the studio by means of a camera and the determination of the spatial positions of the markings. These marks are then from captured by a camera during the recording (production) of image or video recordings and used to determine the recording parameters. For example, the spatial position of the camera during production and its
  • Zoom parameters such as focal length can be determined continuously during production without additional equipment (such as other
  • Image data revealed includes capturing a plurality of images of a scene, wherein the images include a plurality of markers disposed in the scene, and determining the positions of the markers in the space. In this way, all markers in the scene can be measured.
  • the scene may be a television studio or other suitable studio for producing image or video content.
  • the determined positions of the markers can then be stored for later use. Thus, the preparatory measures are completed and the production of image or video content can begin.
  • the other images can be the produced image or video content.
  • the camera parameters may be useful in taking the additional images. These are determined on the basis of the assigned spatial / image positions of the markings in the further images.
  • the camera parameters thus determined may include at least one of camera position, camera orientation, and camera zoom.
  • the positions of the markers are determined in the rough by means of a "structure from motion" method
  • the method can have a further step of using the determined camera parameters for inserting virtual content into the further images n the background of the virtual studio can be optically filled depending on the camera parameters.
  • At least some of the markers may be designed to allow unique identification of the particular mark.
  • the markers may include a visual coding of their identification number and / or a reference position or direction. This allows at least some of the markers in the other pictures to be unique
  • the markers are arranged three-dimensionally in the space of the scene and their respective three-dimensional positions in space are determined.
  • the markings can have uniquely identifiable master markings and slave markings whose identifier is unique only in relation to a master mark.
  • the markers can be colored in such a way that they can be easily removed from the other images by means of their color coding. This is particularly advantageous when using a green box.
  • the images of the scene are taken with a calibrated surveying camera. This can be previously subjected to an intrinsic calibration to their camera parameters, such as
  • focal length, optical center and distortion based on
  • the further images can be taken with a production camera (e.g., a broadcast camera).
  • a production camera e.g., a broadcast camera
  • composite images can then be determined the positions of the markers in the room.
  • an apparatus for carrying out the method described above is proposed.
  • a system for determining camera parameters which has at least one camera for recording images of a scene, a plurality of markings arranged in the scene, and an evaluation unit.
  • the evaluation unit is connected to the at least one camera in order to obtain the recorded images and to determine the positions of the markings in the space on the basis of the obtained images. Further pictures of the scene are then taken by the at least one camera and the Transfer evaluation unit.
  • the evaluation unit is further configured to associate the spatial positions of the markers in the further images with their respective image positions; and determining the camera parameters when capturing the further images based on the assigned spatial / image positions of the markers in the further images.
  • Evaluation unit perform the steps of the method described above and all aspects described there can be transferred to the proposed system.
  • 2 cameras can be used: an intrinsically calibrated surveying camera for recording the mark for determining their spatial positions and a
  • Production camera for taking picture or video content Production camera for taking picture or video content.
  • FIG. 1 shows an example of a marking
  • FIG. 2 shows a calibration object
  • FIG. 3 shows the geometric relationships of a projective camera.
  • the described system for dynamically determining acquisition parameters of a production camera is based on a measurement of markings mounted in the studio by means of a
  • the so-called "structure from motion” method can be used, which is a stereo measurement with unknown extrinsic
  • the markers are designed in such a way that on the one hand they are easy to find or recognize in a recorded image and on the other hand enable an exact determination of a position.
  • a round basic shape is appropriate, for example a circle with 2 filled,
  • 3 marks define the coordinate system.
  • the markings are preferably visually coded by means of markings, so that their identity can be determined by evaluating recorded images of the markings.
  • additional structures may be provided for coding.
  • These additional structures can be filled circles (blobs), which are arranged at certain positions in a circle around the possibly also round basic shape.
  • blobs filled circles
  • a binary coding of the marker ID by means of these additional structures is possible.
  • the markers may also have an additional reference structure (Blob). This indicates the zero direction for decoding and ID recognition.
  • the additional structure may be smaller than the ID structures for coding. If this additional structure is not recognized in an image, there is a risk that ID structure detection will be unreliable and the ID may be misrecognized. In this case, the marker should be discarded.
  • the visual coding of the marker IDs can be recognized over a wide zoom range, so that the markings can be unambiguously identified during production under a wide variety of recording conditions. Therefore, as many markers as possible should be placed in the studio in different locations and possibly also in different sizes. So it can be ensured that among the
  • a "master-slave" concept can be used, whereby an easily recognizable master marker (for example, with larger dimensions) and multiple slave markers used in known spatial arrangements for master marking are, for example, annular in a known direction of rotation to the master mark.
  • the slave tags can be identified, even if their visual IDs are too small in the captured image for safe evaluation.
  • the "master-slave" concept can also be used to simplify the necessary visual identifiers of the markers for unique identification with a large number of markers, since too many unique ones
  • Production camera during the recording (production) of image or video in hold recorded and used to determine the recording parameters.
  • the rough position and orientation of the production camera and its zoom parameters such as focal length can be determined continuously during production without the need for additional devices during production
  • the markings are preferably executed green-in-green, so that they are in the display of virtual content together with the green Background image can be removed.
  • the markers can be made from a picture over their
  • the proposed calibration and tracking system or the corresponding method is not limited to virtual studios and can also be used elsewhere, for example wherever recording parameters of a camera are to be determined dynamically. Applications are for example in the recording of sporting events or vehicle crash tests.
  • the procedure for through-the-lens calibration of recordings can be used for broadcast video cameras and all other popular cameras (for virutal reality and augmented reality productions).
  • Position of the markers is almost arbitrary
  • a tracking system includes a production video camera (e.g., a broadcast camera)
  • a production video camera e.g., a broadcast camera
  • Surveying camera can be the broadcast camera, but a special camera is advantageous in handling and for accuracy), markers that have a clearly recognizable from the image marking, and a
  • Processing unit on.
  • the processing unit receives the images taken by the surveying camera with the markers located in the scene to determine their 3D positions. For this purpose, at least 2 images of the markers of different
  • the processing unit performs a structure-from-motion reconstruction of the 3D positions of the markers (corresponds Stereo with unknown camera positions) using the 2 or more shots and the measured distance. Furthermore, the parameters of an intrinsic calibration of the surveying camera are required. This can be done before the recording of markers in the studio and independently. In general, the surveying camera is calibrated once and the intrinsic calibration parameters determined and
  • a calibration object of known dimensions is used for intrinsic calibration of the survey camera. From this, one or more images of the calibration object are made with the surveying camera for intrinsic calibration of the surveying camera. In this way you can
  • Camera parameters such as focal length, optical center, possibly distortions can be determined, which later for stereo measurement with unknown
  • extrinsic camera calibration using the so-called "structure from motion” - method for the determination of the 3D positions of the markers are used.
  • FIG. 1 shows an example of a marker with a coded identifier.
  • the basic shape of the marker is circular with two opposite solid sectors meeting at the center of the circle. Detecting rounds
  • Basic form of the marker around are more visual structures (Blops), here filled circles, arranged.
  • the upper center circle identifies the orientation of the marker and marks its zero position or direction. In the example shown, this will be the zero-degree orientation of the marker
  • the further circles can be used to encode the ID of the marker, for example by means of a binary coding.
  • 4 circles are provided at predetermined positions of 45, 135, 225 and 315 degrees with respect to the zero-degree direction, so that the binary value 1111 is coded.
  • the corresponding binary value is set to one.
  • more coding points can be used to uniquely identify a larger number of markers.
  • the recognition accuracy for the coded marker IDs is reduced.
  • the master-slave principle described above can be used.
  • the markers may be green-in-green, so that they can easily be removed from the shapes together with the green background.
  • the 3D positions of the markers can be used during the production of image or video content to calibrate the position, orientation and zoom of the production camera.
  • Image processing unit supplied. This determines the marker positions in the images, determines their identifier and assigns the markers in the image via their I Ds their respective 3D position in space.
  • the image processing unit may be separate from the processing unit used to measure the SD positions of the markers. Alternatively, both can
  • Computing device can be implemented. Due to the known 3D position of the markers and their respective
  • Image positions can be the recording geometry and thus the
  • the markers can then be removed from the pictures due to their color coding.
  • the knowledge of the recording parameters obtained in this way makes it possible to carry out a wide variety of image evaluations and measurements of the content produced, for example when evaluating images of a vehicle crash test. Because the
  • Video data are detected by the production camera, these are for dynamic shooting conditions, such as moving or tilted zoom camera, of particular importance. They can be used in a virtual studio with a green box to visualize virtual content with correct orientation to the recording situation. The following are details about intrinsic calibration and about
  • Embodiments can be used. It should be noted that not all details are required for the execution of the invention and embodiments are suitable without these details for carrying out the invention.
  • the intrinsic calibration assigns each pixel of a camera one
  • the intrinsic calibration is one Feature of the camera regardless of its position or orientation in the world.
  • the intrinsic calibration is based on at least one image of an object with multiple calibration points and exactly known dimensions.
  • FIG. 2 shows a CNC-produced calibration object with dark calibration points (filled circles) whose positions on the object are exactly known.
  • the dark areas of the points are detected via an adaptive threshold method and in a binary mask
  • Adaptive threshold methods do not work with a fixed threshold, but find areas that are darker in their local environment than the environment. Thus, differences in illumination across the object can be compensated. All contiguous areas in the resulting binary mask are then examined for circularity. This can also distortions by the projection of the circles in ellipses
  • the calibration points are then numbered according to their position on the object by rows and columns and assigned a 3D position based on the known object dimensions.
  • the associated world coordinate system is anchored here on the calibration object.
  • a projective camera For the intrinsic calibration the model of a projective camera is used.
  • a projective camera a world point X is imaged onto the pixel (u, v) on the image sensor chip of the camera, which is located on a beam between the world point and the (virtual) focal point of the camera.
  • the intrinsic camera parameters are determined by the focal point. This is described by the focal length f (distance from the image plane) and the optical center cu, cv (penetration point of the optical axis, which is perpendicular to the image plane).
  • FIG. 3 illustrates the geometric relationships of a projective camera.
  • the components of the matrix R, T1, 2.3 are the components of the translation vector T, f is the focal length and u, v is a pixel , and ⁇ , ⁇ , ⁇ are a world point to one of the calibration points on the calibration object.
  • These formulas are also known under the name "Direct Linear Transformation.” For a sufficient number of N calibration points, one obtains N equations (5), from which rll, rl2, r13, r21, r22, r23, T1, T2 can be determined The orthogonality conditions of the rotation matrix are given the rest of them
  • Equations (3) and (4) again for N calibration points, can then be used to calculate T3 and f.
  • the parameters of the surveying camera such as focal length, optical center, possibly distortions, can be determined.
  • This calibration is determined by linear equations and therefore not yet optimal.
  • a non-linear optimization such as a Gauss-Newton method can be used.
  • Gauss Newton method iteratively minimizes an error function of the following type (see eg Wikipedia):
  • the xi, l..n are the parameters l ... n of the calibration (ie f, cx, cy, R, T); i passes over the calibration points.
  • the function f in (6) are the
  • Image coordinates and the yi correspond to the measured pixels (u, v, ie 2 terms per pixel).
  • the marker positions can be determined using the "structure from motion" method, in which case we have N calibration points with now unknown world coordinates, which are no longer located on a precision calibration object, but rather from In the formulas (3) to (5) u, v (for N points) and f are known, the rest unknown, including the N world points (X, Y, Z) i.
  • Equation (1) indicates for projective cameras how world points and pixels are related. Applying this consistently from one pixel in shot 1 to the world point and from there into shot 2, one can show that for matrix F, which links these pixels, the following applies:
  • R, T are the sought-after extrinsic calibration parameters from (1) and K the known matrix of the intrinsic calibration (T is the transpose):
  • the right side in (9) can thus be determined by point correspondences between the 2 images. It now turns out that there are methods that can be used to factorize KTFK (also called essential matrix) into the R and T matrix on the right. Such a method is e.g. in Richard Hartley, Andrew Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision,
  • the 3D positions of the world points can also be calculated by a stereo reconstruction. From (1) this results directly in two lines of sight as straight lines in the room, which can be cut to determine the desired 3D point.
  • the position R, T and the focal length of the camera for this recording can be calculated for any recording with a production camera.
  • the formulas (3) to (5) it is basically the same task as the
  • Coordinate system generated as a 3D world.
  • this virtual world is captured by a virtual camera with a specific position, orientation, and opening angle (zoom) called rendering.
  • the two coordinate systems In order for the view of the objects in the rendered image to match the real camera, the two coordinate systems must be connected.
  • the virtual objects thus receive a position and orientation in the real world, and the position of the virtual camera for rendering then corresponds to the position of the real camera.
  • the marker of the Y-axis indicates only the plane of the Y-axis, the actual axis is calculated automatically perpendicular to the X-axis, so that one does not necessarily rely on an exactly orthogonal arrangement of the marker.
  • the Z axis is then dictated by the origin and location of that plane.
  • Computing device in particular a digital image processing device, are executed, wherein the calculation of the respectively sought parameters by means of software programming takes place.
  • special hardware circuits or a mixture of both can be used for this purpose.
  • On the production camera itself no changes are required compared to conventional models.
  • the requirements for the surveying camera are not particularly high, so that conventional models can also be used here.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method for determining camera parameters based on image data recorded by means of a camera. The method comprises the following steps: recording a plurality of images of a scene, wherein the images contain a plurality of markings arranged in the scene; detecting the positions of the markings in the space; recording further images of the scene, wherein the further images contain at least some of the markings arranged in the scene; associating the spatial positions of the markings in the further images with their respective image positions; determining the camera parameters when recording the further images based on the associated space/image positions of the markings in the further images.

Description

Marker basierter Kamera-Tracker  Marker based camera tracker
Das vorliegende Dokument betrifft einen Marker-basierten„through the The present document relates to a marker-based "through the
Kamera-Tracker, der Kameraparameter anhand von Aufnahmen von Camera tracker, the camera parameters based on shots of
Markierungen durch die Aufnahmelinse der Kamera ermittelt, und Marks detected by the taking lens of the camera, and
entsprechende Verfahren zur Ermittlung von Kameraparametern. appropriate method for determining camera parameters.
Hintergrund background
Virtuelle Studios (Studios mit grünem Hintergrund) benötigen zur Einblendung von Hintergründen bei Nutzung von bewegten Kameras eine Kalibrierung, damit der virtuelle Hintergrund immer optisch korrekt dargestellt wird, insbesondere in Bezug auf im Studio vorhandene reale Objekte, die von den Kameras Virtual studios (studios with a green background) need to be calibrated to display backgrounds using moving cameras, so that the virtual background is always visually displayed correctly, especially with respect to real objects in the studio, those of the cameras
aufgenommen werden. Heutige Tracking-Systeme sind aufwendig bei der Vorbereitung und Kalibrierung, meist sehr teuer, die Anwender haben nicht die nötige Kenntnis zu einer Kalibrierung, zusätzliche Geräte sind erforderlich (umständlicher Aufbau). Trotz vieler Vorteile von virtuellen Studios Qede beliebige virtuelle Umgebung kann selbst in kleinsten Studios eingesetzt werden) führt das oft zur Ablehnung der Nutzung von virtuellen Studios. be recorded. Today's tracking systems are complex in preparation and calibration, usually very expensive, the user does not have the necessary knowledge about a calibration, additional devices are required (cumbersome structure). Despite many advantages of virtual studios any virtual environment can be used even in smallest studios) this often leads to the denial of the use of virtual studios.
Folglich besteht ein Bedarf an Kalibrier- und Trackingsystemen für virtuelle Studios, die eine vereinfachte Kalibrierung zur Bestimmung von  Consequently, there is a need for virtual studio calibration and tracking systems that provide simplified calibration for determining
Aufnahmeparametern ohne zusätzliche Geräte während der Produktion durchführen können. Bei den Aufnahmeparametern kann es sich um Can perform acquisition parameters without additional equipment during production. The recording parameters may be
Eigenschaften der Aufnahmekameras (auch Produktionskameras genannt) handeln, wie deren Position und Ausrichtung im Raum oder deren Brennweite. Properties of recording cameras (also called production cameras) act, such as their position and orientation in space or their focal length.
Zusammenfassung von Aspekten der Erfindung Summary of aspects of the invention
Das vorgeschlagene Vorgehen basiert auf einer Vermessung von im Studio angebrachten Markierungen mittels einer Kamera und der Bestimmung der räumlichen Positionen der Markierungen. Diese Markierungen werden dann von einer Kamera bei der Aufnahme (Produktion) von Bild- oder Video-In halten erfasst und zur Bestimmung der Aufnahmeparameter verwendet. So können zum Beispiel die Raumposition der Kamera bei der Produktion und deren The proposed procedure is based on a measurement of markings mounted in the studio by means of a camera and the determination of the spatial positions of the markings. These marks are then from captured by a camera during the recording (production) of image or video recordings and used to determine the recording parameters. For example, the spatial position of the camera during production and its
Zoom parameter wie Brennweite laufend während der Produktion bestimmt werden, ohne dass während der Produktion zusätzliche Geräte (wie weitereZoom parameters such as focal length can be determined continuously during production without additional equipment (such as other
Kameras) zur Positionsbestimmung der Produktionskamera benötigt werden. Ein solches Vorgehen wird auch als„through the lens" (du rch die Linse der Cameras) for determining the position of the production camera needed. Such an approach is also called "through the lens."
Produktionskamera) bezeichnet. Mit diesen Aufnahmeparametern kann dann eine Kalibrierung des virtuellen Studios erfolgen, so dass virtuelle I nhalte richtig, auch in Bezug auf im Studio vorhandene reale Objekte, in eine aufgenommene Szene eingeblendet werden können. Production camera). These recording parameters can then be used to calibrate the virtual studio, so that virtual contents can be correctly faded into a recorded scene, even with regard to real objects present in the studio.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung von According to a first aspect, a method for determining
Kamera Parametern anhand von mittels einer Kamera aufgenommenen Camera parameters based on recorded by a camera
Bilddaten offenbart. Das Verfahren u mfasst ein Aufnehmen mehrerer Bilder einer Szene, wobei die Bilder mehrere in der Szene angeordnete Markierungen enthalten, und ein Ermitteln der Positionen der Markierungen im Raum. Auf diese Weise können alle Markierungen in der Szene vermessen werden. Bei der Szene kann es sich um ein Fernsehstudio oder ein anderes geeignetes Studio zur Produktion von Bild- oder Videoinhalten handeln. Die ermittelten Positionen der Markierungen können dann zur späteren Verwendung abgespeichert werden. Somit sind die vorbereitenden Maßnahmen abgeschlossen und die Produ ktion von Bild- oder Videoinhalten kan n beginnen. Image data revealed. The method includes capturing a plurality of images of a scene, wherein the images include a plurality of markers disposed in the scene, and determining the positions of the markers in the space. In this way, all markers in the scene can be measured. The scene may be a television studio or other suitable studio for producing image or video content. The determined positions of the markers can then be stored for later use. Thus, the preparatory measures are completed and the production of image or video content can begin.
Anschließend erfolgt in der Produktion ein Aufnehmen weiterer Bilder der Szene, wobei die weiteren Bilder zumindest einige der in der Szene angeordneten Markierungen enthalten, und ein Zuordnen der Raumpositionen der Subsequently, in the production, further images of the scene are taken, wherein the further images contain at least some of the markers arranged in the scene, and an assignment of the spatial positions of the scene
Markierungen in den weiteren Bildern zu deren jeweiligen Bildpositionen . Bei den weiteren Bildern kann es sich um die produzierten Bild- oder Videoinhalte handeln. Für deren Verarbeitung, zum Beispiel in einem virtuellen Studio, können die Kameraparameter bei der Aufnahme der weiteren Bilder von Nutzen sein. Diese werden an hand der zugeordneten Raum-/Bildpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern bestimmt. Die so bestimmten Kameraparameter können zumindest eines aus Kameraposition, Kameraorientieru ng und Kamerazoom enthalten. I n Ausfü hrungsbeispielen erfolgt das Ermitteln der Positionen der Markieru ngen im Rau m mittels eines„Structure from Motion"-Verfahrens. Das Verfahren kann einen weiteren Schritt eines Verwendens der bestimmten Kamera parameter zum Einfügen von virtuellem Inhalt in die weiteren Bilder aufweisen. So kan n der Hintergrund des virtuellen Studios abhängig von den Kameraparametern optisch korrekt gefüllt werden. Zumindest einige der Markierungen können so ausgestaltet sein, dass sie eine eindeutige Identifikation der jeweiligen Markierung ermöglichen. Zum Beispiel können die Markierungen eine visuelle Kodierung ihrer Identifikationsnummer und/oder eine Referenzposition bzw. -richtung enthalten. Dies erlaubt, dass zumindest einige der Markierungen in den weiteren Bildern eindeutig Markings in the other pictures to their respective picture positions. The other images can be the produced image or video content. For their processing, for example in a virtual studio, the camera parameters may be useful in taking the additional images. These are determined on the basis of the assigned spatial / image positions of the markings in the further images. The camera parameters thus determined may include at least one of camera position, camera orientation, and camera zoom. In the exemplary embodiments, the positions of the markers are determined in the rough by means of a "structure from motion" method The method can have a further step of using the determined camera parameters for inserting virtual content into the further images n the background of the virtual studio can be optically filled depending on the camera parameters. At least some of the markers may be designed to allow unique identification of the particular mark. For example, the markers may include a visual coding of their identification number and / or a reference position or direction. This allows at least some of the markers in the other pictures to be unique
identifiziert werden, um so auf ihre zuvor ermittelten Raumpositionen be identified so as to their previously determined spatial positions
zuzugreifen und den jeweiligen Bildpositionen zuzuordnen. Vorzugsweise sind die Markierungen dreidimensional im Raum der Szene angeordnet und ihre jeweiligen dreidimensionalen Positionen im Raum werden ermittelt. to access and assign to the respective image positions. Preferably, the markers are arranged three-dimensionally in the space of the scene and their respective three-dimensional positions in space are determined.
Um eine große Anzahl von Markierungen in den Bildern sicher erkennen zu können, können die Markierungen eindeutig identifizierbare Master- Markierungen und Slave-Markierungen aufweisen, deren Kennung nur im räumlichen Bezug zu einer Master-Markierung eindeutig ist. Weiterhin können die Markierungen farblich so gestaltet sein, dass sie aus den weiteren Bildern mittels ihrer Farbkodierung leicht entfernt werden können. Dies ist besonders bei Verwendung einer Green-Box von Vorteil. In order to be able to reliably recognize a large number of markings in the images, the markings can have uniquely identifiable master markings and slave markings whose identifier is unique only in relation to a master mark. Furthermore, the markers can be colored in such a way that they can be easily removed from the other images by means of their color coding. This is particularly advantageous when using a green box.
In Ausführungsbeispielen werden die Bilder der Szene mit einer kalibrierten Vermessungskamera aufgenommen. Diese kann zuvor einer intrinsischen Kalibrierung unterzogen werden, um deren Kameraparameter, wie  In embodiments, the images of the scene are taken with a calibrated surveying camera. This can be previously subjected to an intrinsic calibration to their camera parameters, such as
beispielsweise Brennweite, optisches Zentrum und Verzerrung, anhand derFor example, focal length, optical center and distortion based on
Aufnahmen eines Kalibrierobjekts mit bekannten Abmessungen zu ermitteln. Die weiteren Bilder können mit einer Produktionskamera (z.B. eine Broadcast- Kamera) aufgenommen werden. To determine recordings of a calibration object with known dimensions. The further images can be taken with a production camera (e.g., a broadcast camera).
Um möglichst viele Markierungen in einem Bild aufzunehmen, können mehrere aufgenommene Einzelbilder, die jeweils nur einen Teil der Szene und der darin angeordneten Markierungen enthalten, mittels sog. Stitching zu  In order to record as many markings as possible in an image, a plurality of recorded individual images, each of which contains only a part of the scene and the markings arranged therein, can be stitched by means of so-called stitching
zusammengesetzten Bildern zusammengesetzt werden. Anhand der composed of composite images. Based on
zusammengesetzten Bilder können dann die Positionen der Markierungen im Raum ermittelt werden. Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen. composite images can then be determined the positions of the markers in the room. According to a second aspect, an apparatus for carrying out the method described above is proposed.
Weiterhin ist ein System zur Bestimmung von Kamera Parametern vorgesehen, das mindestens eine Kamera zum Aufnehmen von Bildern einer Szene, mehrere in der Szene angeordnete Markierungen, und einer Auswerteeinheit aufweist. Die Auswerteeinheit ist mit der mindestens einen Kamera verbunden, um die aufgenommenen Bilder zu erhalten und die Positionen der Markierungen im Raum anhand der erhaltenen Bilder zu ermitteln. Weitere Bilder der Szene werden anschließend durch die mindestens eine Kamera aufgenommen und der Auswerteeinheit übergeben. Die Auswerteeinheit ist weiter ausgebildet zum Zuordnen der Raumpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern zu deren jeweiligen Bildpositionen; und Bestimmen der Kameraparameter bei der Aufnahme der weiteren Bilder anhand der zugeordneten Raum-/Bildpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern. Grundsätzlich kann die Furthermore, a system for determining camera parameters is provided which has at least one camera for recording images of a scene, a plurality of markings arranged in the scene, and an evaluation unit. The evaluation unit is connected to the at least one camera in order to obtain the recorded images and to determine the positions of the markings in the space on the basis of the obtained images. Further pictures of the scene are then taken by the at least one camera and the Transfer evaluation unit. The evaluation unit is further configured to associate the spatial positions of the markers in the further images with their respective image positions; and determining the camera parameters when capturing the further images based on the assigned spatial / image positions of the markers in the further images. Basically, the
Auswerteeinheit die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausführen und alle dort beschriebene Aspekte können auf das vorgeschlagene System übertragen werden. In Ausführungsbeispielen können 2 Kameras verwendet werden: eine intrinsisch kalibrierte Vermessungskamera zum Aufnehmen der Markierung für die Bestimmung deren Raumpositionen und eine  Evaluation unit perform the steps of the method described above and all aspects described there can be transferred to the proposed system. In embodiments, 2 cameras can be used: an intrinsically calibrated surveying camera for recording the mark for determining their spatial positions and a
Produktionskamera zum Aufnehmen von Bild- oder Videoinhalten. Production camera for taking picture or video content.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben.  The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine Markierung.  FIG. 1 shows an example of a marking.
Figur 2 zeigt ein Kalibrierobjekt.  FIG. 2 shows a calibration object.
Figur 3 zeigt die geometrischen Verhältnisse einer projektiven Kamera.  FIG. 3 shows the geometric relationships of a projective camera.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
In einem Ausführungsbeispiel basiert das beschriebene System zur dynamischen Bestimmung von Aufnahmeparameter einer Produktionskamera auf einer Vermessung von im Studio angebrachten Markierungen mittels einer  In one embodiment, the described system for dynamically determining acquisition parameters of a production camera is based on a measurement of markings mounted in the studio by means of a
Vermessungskamera und der Bestimmung der räumlichen Positionen der Markierungen mittels photogrammetrischer Verfahren. Hierzu werden zwei oder mehr Einzelbildaufnahmen des Studios mit den angebrachten Markierungen mittels einer photogram metrischen Vermessungskamera erstellt und Surveying camera and the determination of the spatial positions of the markers by photogrammetric method. For this purpose, two or more individual images of the studio with the attached markings using a photogram metric surveying camera created and
ausgewertet. Zur Bestimmung der 3D-Positionen der Markierungen kann das sog. „Structure from Motion"-Verfahren angewendet werden. Hierbei handelt es sich um eine Stereovermessung mit unbekannter extrinsischer evaluated. To determine the 3D positions of the markers, the so-called "structure from motion" method can be used, which is a stereo measurement with unknown extrinsic
Kamerakalibrierung, wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird. Das vorgeschlagene Vorgehen benötigt kein kalibriertes Stereo-Rig für die  Camera calibration, as described in detail below. The proposed procedure does not require a calibrated stereo rig for the
Vermessung, sondern erlaubt es mit Freihand-Aufnahmen arbeiten zu können. Die Markierungen (Marker) sind so gestaltet, dass sie einerseits in einem aufgenommenen Bild leicht zu finden bzw. zu erkennen sind und andererseits eine genaue Bestimmung einer Position ermöglichen. Hierzu bietet sich eine runde Grundform an, zum Beispiel ein Kreis mit 2 ausgefüllten, Surveying, but allows to work with freehand shots. The markers are designed in such a way that on the one hand they are easy to find or recognize in a recorded image and on the other hand enable an exact determination of a position. For this purpose, a round basic shape is appropriate, for example a circle with 2 filled,
gegenüberliegenden Sektoren, die sich in dem Mittelpunkt der Markierung treffen. Im Allgemeinen definieren 3 Markierungen das Koordinatensystem. opposite sectors that meet at the center of the marker. In general, 3 marks define the coordinate system.
Vorzugsweise sind die Markierungen mittels Kennzeichnungen visuell kodiert, so dass deren Identität durch Auswertung von aufgenommenem Bildern der Markierungen bestimmt werden kann. Beispielsweise können neben der runden Grundform der Marker zusätzliche Strukturen zur Kodierung vorgesehen sein. Diese zusätzlichen Strukturen können ausgefüllte Kreise (Blobs) sein, die an bestimmten Positionen kreisförmig um die möglicherweise ebenfalls runde Grundform angeordnet sind. Möglich ist zum Beispiel eine binäre Kodierung der Marker-ID mittels dieser zusätzlichen Strukturen. Mit anderen Worten The markings are preferably visually coded by means of markings, so that their identity can be determined by evaluating recorded images of the markings. For example, in addition to the round basic shape of the marker additional structures may be provided for coding. These additional structures can be filled circles (blobs), which are arranged at certain positions in a circle around the possibly also round basic shape. For example, a binary coding of the marker ID by means of these additional structures is possible. In other words
repräsentiert das Vorhandensein einer solchen zusätzlichen Struktur an einer bestimmten Position eine binäre Eins und das Fehlen eine binäre Null. Mittels 4 möglichen Strukturen an einem Marker können so 16 verschiedene the presence of such an additional structure at a particular position represents a binary one and the absence of a binary zero. Using 4 possible structures on a marker so 16 different
Kennzeichnungen (IDs) angebracht werden. Labels (IDs) are attached.
Die Marker können neben ihrer Grundform und den ID-Strukturen zur Kodierung der Marker-ID auch noch eine zusätzliche Referenzstruktur (Blob) aufweisen. Diese gibt die Nullrichtung für die Dekodierung und ID-Erkennung an. Zum anderen kann die zusätzliche Struktur kleiner als die ID-Strukturen zur Kodierung sein. Wird diese zusätzliche Struktur in einem Bild nicht erkannt, besteht die Gefahr, dass die Erkennung der ID-Strukturen unzuverlässig ist und die ID kann falsch erkannt werden. In diesem Fall sollte der Marker verworfen werden. In addition to their basic form and the ID structures for coding the marker ID, the markers may also have an additional reference structure (Blob). This indicates the zero direction for decoding and ID recognition. On the other hand, the additional structure may be smaller than the ID structures for coding. If this additional structure is not recognized in an image, there is a risk that ID structure detection will be unreliable and the ID may be misrecognized. In this case, the marker should be discarded.
Es ist von Vorteil, wenn die visuelle Kodierung der Marker-IDs über weiten Zoombereich zu erkennen ist, so dass die Markierungen während der Produktion auch unter verschiedensten Aufnahmebedingungen eindeutig identifiziert werden können. Deshalb sollten auch möglichst viele Markierungen im Studio an verschiedenstem Orten und möglicherweise auch in verschiedenen Größen angebracht werden. So kann sichergestellt werden, dass unter den It is advantageous if the visual coding of the marker IDs can be recognized over a wide zoom range, so that the markings can be unambiguously identified during production under a wide variety of recording conditions. Therefore, as many markers as possible should be placed in the studio in different locations and possibly also in different sizes. So it can be ensured that among the
verschiedenen Aufnahmebedingungen immer ausreichend viele Markierungen im Bild erfasst werden. different recording conditions always enough marks are captured in the picture.
Um die Identifizierung der Markierungen auch dann zu erleichtern, wenn diese in einem erfassten Bild nur klein abgebildet sind und ihre Detailstrukturen schlecht zu erkennen sind, kann ein„Master-Slave"-Konzept eingesetzt werden. Hierbei werden eine einfach zu erkennende Master-Markierung (beispielsweise mit größeren Abmessungen) und mehrere Slave-Markierungen verwendet, die sich in bekannten räumlichen Anordnungen zur Master-Markierung befinden , beispielsweise kreisringförmig in bekannter Drehrichtung um die Master- Markierung. Nachdem die Master-Markierung anhand ihrer visuellen I D identifiziert wurde, können die Slave-Markierungen identifiziert werden, auch wenn deren visuelle IDs im aufgenommenen Bild zu klein abgebildet sind, u m sicher ausgewertet werden zu können. In order to facilitate the identification of the markers, even if they are only small in a captured image and their detail structures are difficult to recognize, a "master-slave" concept can be used, whereby an easily recognizable master marker ( for example, with larger dimensions) and multiple slave markers used in known spatial arrangements for master marking are, for example, annular in a known direction of rotation to the master mark. After the master tag has been identified by its visual ID, the slave tags can be identified, even if their visual IDs are too small in the captured image for safe evaluation.
Das„Master-Slave"-Konzept kann auch verwendet werden um bei einer großen Anzahl von Markern die notwendigen visuellen Kennzeichnungen der Marker zur eindeutigen Identifizierung zu vereinfachen, da zu viele eindeutige The "master-slave" concept can also be used to simplify the necessary visual identifiers of the markers for unique identification with a large number of markers, since too many unique ones
Ken nzeichn ungen zu kleine Strukturen an den Markern erfordern können. Signs may require too small structures on the markers.
Solche kleinen Struktu ren sind nicht unter allen Aufnahmebedingungen Such small structures are not under all recording conditions
(beispielsweise weitem Zoom) klar zu erkennen und zu unterscheiden. In solchen Fällen können Slave-Markierungen, deren Kennung nur im räumlichen Bezug zu einem Master-Marker eindeutig ist, eingesetzt werden. Um auch bei ungünstigen Aufnahmebedingungen für die Vermessungskamera eine genügend große Anzahl von Markern in einem Bild zu erhalten, können auch Einzelbilder mittels sog. Stitching zusammengefügt werden. Auf diese Weise kann auch eine 3D-Vermessung für Szenen, die nicht mit einer einzelnen photogrammetrischen Ansicht erfasst werden können (z.B. aufgrund der Größe des Studios), durchgeführt werden. Durch Stitching von breiten Szenen, die nicht auf eine Vermessungsaufnahme passen, können erweiterte Bilder mit einer ausreichenden Anzahl von Markern erzeugt werden. Die Genauigkeit beim Zusammenfügen der Einzelbilder kann mittels überlappenden Markern, die in mehreren Bildern enthalten sind, verbessert werden . Eine Stabilisierung des Stitching kann auch mittels zusätzliche Abstandsmessungen zwischen Markern (bevorzugt Extremmarker an Außen positionen) oder ü ber Fish-Eye-Aufnahmen erfolgen. (for example, wide zoom) to clearly recognize and distinguish. In such cases, slave markers whose identifiers are unique only in relation to a master marker can be used. In order to obtain a sufficiently large number of markers in an image even under unfavorable conditions for the surveying camera, individual images can also be stitched together using so-called stitching. In this way, a 3D survey for scenes that can not be captured with a single photogrammetric view (e.g., due to the size of the studio) can also be performed. By stitching wide scenes that do not fit a survey, extended images can be created with a sufficient number of markers. The accuracy in assembling the frames can be improved by overlapping markers contained in multiple frames. Stitching can also be stabilized by means of additional distance measurements between markers (preferably extreme markers on outer positions) or via fish-eye images.
Diese Markierungen mit bekannter 3D-Position werden dann von der These markers with known 3D position are then used by the
Produktionskamera bei der Aufnahme (Produktion) von Bild- oder Video-In halten erfasst und zur Bestimmung der Aufnahmeparameter verwendet. So können zum Beispiel die Rau mposition und -Orientierung der Produktionskamera und deren Zoom parameter wie Brennweite laufend während der Produktion bestimmt werden, ohne dass während der Produktion zusätzliche Geräte zur Production camera during the recording (production) of image or video in hold recorded and used to determine the recording parameters. For example, the rough position and orientation of the production camera and its zoom parameters such as focal length can be determined continuously during production without the need for additional devices during production
Positionsbestimmung benötigt werden. M it diesen Aufnahmeparametern kann dann eine Kalibrierung des virtuellen Studios erfolgen, so dass virtuelle I nhalte richtig in eine aufgenommene Szene eingeblendet werden können. Dies ist besonders von Vorteil, wen n die Produ ktionskamera (oder die Position determination needed. These recording parameters can then be used to calibrate the virtual studio, so that virtual contents can be displayed correctly in a recorded scene. This is particularly advantageous if the production camera (or the
Produktionskameras) während der Aufnahme bewegt und/oder verschwenkt wird, oder deren Zoom verändert wird. Bei einem Einsatz des vorgeschlagenen Kalibrier- bzw. Trackingsystems für virtuelle Studios zur Erzeugung von Bild- oder Videoinhalten, sog. Green-Box, sind die Markierungen vorzugsweise grün-in-grün ausgeführt, damit sie bei der Einblendung von virtuellen Inhalten zusammen mit dem grünen Hintergrundbild entfernt werden können. Die Marker können aus einem Bild über ihre Production cameras) is moved and / or pivoted during the recording or whose zoom is changed. When using the proposed calibration or tracking system for virtual studios for generating image or video content, so-called green box, the markings are preferably executed green-in-green, so that they are in the display of virtual content together with the green Background image can be removed. The markers can be made from a picture over their
Farbkodierung entfernt werden. Color coding will be removed.
Das vorgeschlagene Kalibrier- und Trackingsystem bzw. das entsprechende Verfahren ist jedoch nicht auf virtuelle Studios beschränkt und kann auch anderweitig eingesetzt werden, zum Beispiel überall da, wo Aufnahmeparameter einer Kamera dynamisch bestimmt werden sollen. Einsatzmöglichkeiten bieten sich beispielsweise bei der Aufnahme von Sportveranstaltungen oder bei Fahrzeugcrashtests. Das Verfahren für eine "Through-The-Lens"-Kalibrierung von Aufnahmen kann für Broadcast-Videokameras und allen anderen gängigen Kameras (für Virutal reality und Augmented-Reality-Produktionen) verwendet werden. However, the proposed calibration and tracking system or the corresponding method is not limited to virtual studios and can also be used elsewhere, for example wherever recording parameters of a camera are to be determined dynamically. Applications are for example in the recording of sporting events or vehicle crash tests. The procedure for through-the-lens calibration of recordings can be used for broadcast video cameras and all other popular cameras (for virutal reality and augmented reality productions).
Besondere Vorteile des vorgestellten Vorgehens sind: Special advantages of the presented approach are:
Sehr einfach in der Umsetzung (keine dedizierte Hardware erforderlich)  Very easy to implement (no dedicated hardware required)
Marker können quasi beliebig auf grüne Wand aufgebracht werdenMarkers can be applied almost arbitrarily on a green wall
Position der Marker ist nahezu beliebig Position of the markers is almost arbitrary
- Keine großen Kenntnisse von Kalibrierverfahren - No great knowledge of calibration procedures
In allen virtuellen Studios einsetzbar  Can be used in all virtual studios
In einem Ausführungsbeispiel weist ein Kalibrier- bzw. Trackingsystem eine Produktions- Videokamera (z.B. eine Broadcast-Kamera), eine  In one embodiment, a tracking system includes a production video camera (e.g., a broadcast camera)
Vermessungskamera (kann die Broadcast-Kamera sein, aber eine spezielle Kamera ist vorteilhaft in der Handhabung und für Genauigkeit), Marker, die eine eindeutig aus dem Bild erkennbare Kennzeichnung haben, und eine Surveying camera (can be the broadcast camera, but a special camera is advantageous in handling and for accuracy), markers that have a clearly recognizable from the image marking, and a
Verarbeitungseinheit auf. Die Verarbeitungseinheit empfängt die von der Vermessungskamera aufgenommen Bilder mit den in der Szene angeordneten Marker, um deren 3D-Positionen zu bestimmen. Hierzu sind mindestens 2 Aufnahmen der Marker von unterschiedlichen Processing unit on. The processing unit receives the images taken by the surveying camera with the markers located in the scene to determine their 3D positions. For this purpose, at least 2 images of the markers of different
Kamerapositionen erforderlich, so dass auf allen Aufnahmen alle Marker zu sehen sind. Zur Unterstützung der Positionsbestimmung der Marker kann der reale Abstand zwischen wenigstens 2 Marker gemessen und dem Verfahren zur Verfügung gestellt werden. Anschließend führt die Verarbeitungseinheit eine Structure-From-Motion-Rekonstruktion der 3D-Positionen der Marker (entspricht Stereo mit unbekannten Kamerapositionen) unter Verwendung der 2 oder mehr Aufnahmen und des gemessenen Abstands durch. Weiterhin sind die Parameter einer intrinsischen Kalibrierung der Vermessungskamera erforderlich. Diese kann vor den Aufnahmen der Marker im Studio und unabhängig davon durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird die Vermessungskamera einmal kalibriert und die intrinsischen Kalibrierungsparameter bestimmt und Camera positions required so that all markers are visible on all shots. To assist in locating the markers, the real distance between at least 2 markers can be measured and provided to the method. Subsequently, the processing unit performs a structure-from-motion reconstruction of the 3D positions of the markers (corresponds Stereo with unknown camera positions) using the 2 or more shots and the measured distance. Furthermore, the parameters of an intrinsic calibration of the surveying camera are required. This can be done before the recording of markers in the studio and independently. In general, the surveying camera is calibrated once and the intrinsic calibration parameters determined and
abgespeichert. Diese sind nur Eigenschaften der Vermessungskamera, werden vor der Vermessung des Studios in die Verarbeitungseinheit eingegeben und können beliebig oft verwendet werden. stored. These are only properties of the survey camera, are entered into the processing unit before the measurement of the studio and can be used as often as desired.
Zur intrinsischen Kalibrierung der Vermessungskamera wird ein Kalibrierobjekt mit bekannten Abmessungen verwendet. Von diesem werden ein oder mehrere Aufnahmen des Kalibrierobjekts mit der Vermessungskamera zur intrinsischen Kalibrierung der Vermessungskamera erstellt. Auf diese Weisen können For intrinsic calibration of the survey camera, a calibration object of known dimensions is used. From this, one or more images of the calibration object are made with the surveying camera for intrinsic calibration of the surveying camera. In this way you can
Kameraparameter, wie Brennweite, optisches Zentrum, eventuell Verzerrungen bestimmt werden, die später zur Stereovermessung mit unbekannter Camera parameters, such as focal length, optical center, possibly distortions can be determined, which later for stereo measurement with unknown
extrinsischer Kamerakalibrierung mittels des sog. „Structure from Motion"- Verfahrens für die Bestimmung der 3D-Positionen der Marker herangezogen werden. extrinsic camera calibration using the so-called "structure from motion" - method for the determination of the 3D positions of the markers are used.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für einen Marker mit einer kodierten Kennung. Die Grundform des Markers ist kreisrund mit zwei gegenüberliegenden ausgefüllten Sektoren, die sich in der Kreismitte treffen. Das Detektieren von runden FIG. 1 shows an example of a marker with a coded identifier. The basic shape of the marker is circular with two opposite solid sectors meeting at the center of the circle. Detecting rounds
Strukturen in einem Bild ist besonders einfach. Durch die spezielle Gestaltung des Kreises kann der Mittelpunkt sehr präzise bestimmt werden. Um die Structures in a picture is particularly easy. Due to the special design of the circle, the center can be determined very precisely. To the
Grundform des Markers herum sind weitere visuelle Strukturen (Blops), hier ausgefüllte Kreise, angeordnet. Der obere mittige Kreis dient zur Erkennung der Ausrichtung des Markers und markiert dessen Nullposition bzw. -richtung. In dem gezeigten Beispiel wird so die Null-Grad Ausrichtung des Markers Basic form of the marker around are more visual structures (Blops), here filled circles, arranged. The upper center circle identifies the orientation of the marker and marks its zero position or direction. In the example shown, this will be the zero-degree orientation of the marker
gekennzeichnet. Die weiteren Kreise können zur Kodierung der ID des Markers verwendet werden, zum Beispiel mittels einer Binärkodierung. Hier sind 4 Kreise an vorgegebenen Positionen mit 45, 135, 225 und 315 Grad bezüglich der Null- Grad Richtung vorgesehen, so dass der binäre Wert 1111 kodiert wird. Durch vorsehen eines Kreises an einer Position wird der entsprechende binäre Wert auf Eins gesetzt. Selbstverständlich können auch mehr Kodierungspunkte verwendet werden, um eine größer Anzahl von Markern eindeutig zu kennzeichnen. Jedoch wird dann die Erkennungsgenauigkeit für die kodierten Marker-IDs reduziert. Um Fehlerkennungen bei einer größeren Anzahl von Markern zu reduzieren kann das oben beschriebene Master-Slave-Prinzip angewendet werden. Selbstverständlich sind auch andere Gestaltungen der Marker denkbar. In einer Anwendung für ein virtuelles Studio mit Green-Box können die Marker grün-in-grün gestaltet sein, damit sie leicht zusammen mit dem grünen Hintergrund aus den Bilden entfernt werden können. characterized. The further circles can be used to encode the ID of the marker, for example by means of a binary coding. Here, 4 circles are provided at predetermined positions of 45, 135, 225 and 315 degrees with respect to the zero-degree direction, so that the binary value 1111 is coded. By providing a circle at a position, the corresponding binary value is set to one. Of course, more coding points can be used to uniquely identify a larger number of markers. However, then the recognition accuracy for the coded marker IDs is reduced. In order to reduce misrecognition for a larger number of markers, the master-slave principle described above can be used. Of course, other designs of the markers are conceivable. In an application for a virtual studio with green box, the markers may be green-in-green, so that they can easily be removed from the shapes together with the green background.
Nachdem die 3D-Positionen der Marker im Studio bestimmt wurden, können diese während der Produktion von Bild-oder Videoinhalten zur Kalibrierung von Position , Orientierung und Zoom der Produktionskamera verwendet werden. Hierzu werden die Bild- oder Videodaten der Produktionskamera mit den aufgenommenen Markern und anderen Bildelementen einer Once the 3D positions of the markers have been determined in the studio, they can be used during the production of image or video content to calibrate the position, orientation and zoom of the production camera. For this purpose, the image or video data of the production camera with the recorded markers and other picture elements of a
Bildverarbeitungseinheit zugeführt. Diese ermittelt die Markerpositionen in den Bildern, bestimmt deren Kennung und ordnet den Markern im Bild über ihre I Ds ihre jeweilige 3D-Position im Raum zu. Die Bildverarbeitungseinheit kann getrennt von der Verarbeitungseinheit sein, die zur Vermessung der SD- Positionen der Marker verwendet wird. Alternativ können beide Image processing unit supplied. This determines the marker positions in the images, determines their identifier and assigns the markers in the image via their I Ds their respective 3D position in space. The image processing unit may be separate from the processing unit used to measure the SD positions of the markers. Alternatively, both can
Verarbeitungseinheiten durch eine entsprechend eingerichtete Processing units by an appropriately established
Rechnervorrichtung implementiert werden. Aufgrund der bekannten 3D-Position der Marker und ihrer jeweiligen Computing device can be implemented. Due to the known 3D position of the markers and their respective
Bildpositionen kann die Aufnahmegeometrie und damit auch die Image positions can be the recording geometry and thus the
Aufnahmeparameter wie Position, Orientierung und Zoom der Recording parameters such as position, orientation and zoom of the
Produktionskamera ermittelt werden. Die Marker kön nen anschließend aus den Bildern aufgrund ihrer Farbkodierung wieder entfernt werden. Durch die auf diese Weise (du rch die Linse der Produktionskamera) gewonnene Kenntnis der Aufnahmeparameter können unterschiedlichste Bildauswertu ngen und - Vermessungen des produzierten I nhalts ausgeführt werden , zum Beispiel bei der Auswertung von Aufnahmen eines Fahrzeugcrashtests. Da die Production Camera to be determined. The markers can then be removed from the pictures due to their color coding. The knowledge of the recording parameters obtained in this way (the lens of the production camera) makes it possible to carry out a wide variety of image evaluations and measurements of the content produced, for example when evaluating images of a vehicle crash test. Because the
Aufnahmeparameter in Echtzeit während der Aufnahme der Bild- oder Recording parameters in real time while recording the image or
Videodaten mittels der Produktionskamera ermittelt werden , sind diese für dynamische Aufnahmebedingungen, wie bewegte oder verschwenkte Kamera mit Zoom, von besonderer Bedeutung. Sie können in einem virtuellen Studio mit Green-Box verwendet werden, um virtuellen In halt mit richtiger Ausrichtung zur Aufnahmesituation optisch korrekt einzu blenden. Im Folgenden werden Details zur intrinsischen Kalibrierung und zur Video data are detected by the production camera, these are for dynamic shooting conditions, such as moving or tilted zoom camera, of particular importance. They can be used in a virtual studio with a green box to visualize virtual content with correct orientation to the recording situation. The following are details about intrinsic calibration and about
Rekonstruktion der Markerpositionen beschrieben, wie sie in Reconstruction of marker positions as described in
Ausführungsbeispielen verwendet werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass nicht alle Details zur Ausführu ng der Erfindung erforderlich sind und Ausführungsbeispiele auch ohne diese Details zur Ausführung der Erfindung geeignet sind. Embodiments can be used. It should be noted that not all details are required for the execution of the invention and embodiments are suitable without these details for carrying out the invention.
Die intrinsische Kalibrierung ordnet jedem Pixel einer Kamera einen The intrinsic calibration assigns each pixel of a camera one
Richtungsvektor zu, wobei das 3D-Koordinatensystem für den Richtungsvektor im Brennpunkt der Kamera verankert ist. Die intrinsische Kalibrierung ist eine Eigenschaft der Kamera unabhängig von ihrer Position oder Ausrichtung in der Welt. Die intrinsische Kalibrierung basiert auf wenigstens einer Aufnahme eines Objekts mit mehreren Kalibrierpunkten und exakt bekannten Abmessungen. Figur 2 zeigt ein CNC-gefertigtes Kalibrierobjekt mit dunklen Kalibrierpunkten (gefüllte Kreise), deren Positionen auf dem Objekt exakt bekannt sind. Direction vector, wherein the 3D coordinate system for the direction vector is anchored in the focal point of the camera. The intrinsic calibration is one Feature of the camera regardless of its position or orientation in the world. The intrinsic calibration is based on at least one image of an object with multiple calibration points and exactly known dimensions. FIG. 2 shows a CNC-produced calibration object with dark calibration points (filled circles) whose positions on the object are exactly known.
Zur Detektion der Kalibrierpunkte werden die dunklen Bereiche der Punkte über ein adaptives Schwellwertverfahren erkannt und in einer Binärmaske  To detect the calibration points, the dark areas of the points are detected via an adaptive threshold method and in a binary mask
gespeichert. Adaptive Schwellwertverfahren arbeiten nicht mit einem festen Schwellwert, sondern finden Bereiche, die in ihrer lokalen Umgebung dunkler sind als die Umgebung. So können Beleuchtungsunterschiede über das Objekt ausgeglichen werden. Alle zusammenhängenden Bereiche in der entstehenden Binärmaske werden dann darauf untersucht, ob sie kreisförmig sind. Hierbei können auch Verzerrungen durch die Projektion der Kreise in Ellipsen saved. Adaptive threshold methods do not work with a fixed threshold, but find areas that are darker in their local environment than the environment. Thus, differences in illumination across the object can be compensated. All contiguous areas in the resulting binary mask are then examined for circularity. This can also distortions by the projection of the circles in ellipses
berücksichtigt werden. Alle Kreise werden dann nochmals gefiltert. Nur Kreise einer bestimmten Größe und nur Kreisgruppen, deren Abstände zwischen den Kreisen ein bestimmtes Verhältnis zu den Kreisdurchmessern haben werden akzeptiert. Auf diese Weise findet man genau die Kalibrierpunkte auf dem Kalibrierobjekt. be taken into account. All circles are then filtered again. Only circles of a certain size and only circle groups whose distances between the circles have a certain relationship to the circle diameters are accepted. In this way you will find exactly the calibration points on the calibration object.
Die Kalibrierpunkte werden dann entsprechend ihrer Position auf dem Objekt nach Zeilen und Spalten durchnummeriert und es wird ihnen anhand der bekannten Objektabmessungen eine 3D Position zugeordnet. Das zugehörige Weltkoordinatensystem ist hier am Kalibrierobjekt verankert. The calibration points are then numbered according to their position on the object by rows and columns and assigned a 3D position based on the known object dimensions. The associated world coordinate system is anchored here on the calibration object.
Für die intrinsische Kalibrierung wird das Modell einer projektiven Kamera verwendet. Bei einer projektiven Kamera wird ein Weltpunkt X auf den Bildpunkt (u,v) auf dem Bildsensorchip der Kamera abgebildet, der auf einem Strahl zwischen dem Weltpunkt und dem (virtuellen) Brennpunkt der Kamera liegt. Die intrinsischen Kameraparameter sind durch den Brennpunkt festgelegt. Dieser wird durch die Brennweite f (Abstand von der Bildebene) und das optische Zentrum cu, cv (Durchstoßpunkt der optischen Achse, die senkrecht auf der Bildebene steht) beschrieben. Figur 3 illustriert die geometrischen Verhältnisse einer projektiven Kamera. For the intrinsic calibration the model of a projective camera is used. In a projective camera, a world point X is imaged onto the pixel (u, v) on the image sensor chip of the camera, which is located on a beam between the world point and the (virtual) focal point of the camera. The intrinsic camera parameters are determined by the focal point. This is described by the focal length f (distance from the image plane) and the optical center cu, cv (penetration point of the optical axis, which is perpendicular to the image plane). FIG. 3 illustrates the geometric relationships of a projective camera.
Im Brennpunkt ist das 3D-Kamerakoordinatensystem verankert. Im At the focal point the 3D camera coordinate system is anchored. in the
Kalibrierobjekt ist das Weltkoordinatensystem verankert. Zwischen beiden transformiert eine Drehmatrix R und ein Translationsvektor T, x = R*X + T, wobei x hier für einen Vektor (x,y,z) in Kamerakoordinaten steht, X für einen Vektor in Weltkoordinaten. Calibration object is anchored to the world coordinate system. Between them, a rotation matrix R and a translation vector T, x = R * X + T, where x stands here for a vector (x, y, z) in camera coordinates, transforms X for a vector in world coordinates.
Aus Figur 3 entnimmt man die geometrische Beziehung Aus Figur 3 entnimmt man die geometrische Beziehung
Figure imgf000013_0001
From Figure 3 takes the geometric relationship From Figure 3 takes the geometric relationship
Figure imgf000013_0001
die ausdrückt, dass (in Pixel-Einheiten statt Millimetern) der Vektor (u,v,f) für einen Bildpunkt (u,v) und die Brennweite f, um ein unbekanntes λ-faches verlängert, gleich dem in das Kamerasystem transformierten Weltpunkt ist. u,v bezeichnen hier und im Folgenden Pixelkoordinaten relativ zum optischen Zentrum, d.h. u = ub - cu, v = vb - cv, wobei ub, vb die üblichen Pixel- Bildkoordinaten sind. which expresses that (in units of pixels rather than millimeters) the vector (u, v, f) for one pixel (u, v) and the focal length f extended by an unknown λ times equals the world point transformed into the camera system , u, v here and in the following designate pixel coordinates relative to the optical center, i. u = ub - cu, v = vb - cv, where ub, vb are the usual pixel image coordinates.
Um sich des unbekannten Faktors λ zu entledigen wird das vektorielle  To get rid of the unknown factor λ becomes vectorial
Kreuz rodukt beider Seiten genommen und wir erhalten:
Figure imgf000013_0002
Cross roduct of both sides taken and we receive:
Figure imgf000013_0002
Oder in den Koordinaten ausgeschrieben:  Or written out in the coordinates:
v*(r31*X + r32*Y + r33*Z +T3) - f*(r21*X + r22*Y + r23*Z +T2) = 0 (3) f*(rll*X + rl2*Y + Π3*Ζ +T1) - u*(r31*X + r32*Y + r33*Z +T3) = 0 (4) u*(r21*X + r22*Y + r23*Z +T2) - v*(rll*X + rl2*Y + rl3*Z +Tl) = 0 (5) wobei rll etc. die Komponenten der Matrix R, Tl,2,3 die Komponenten des Translationsvektors T, f die Brennweite und u,v ein Bildpunkt, und Χ,Υ,Ζ ein Weltpunkt zu einem der Kalibrierpunkte auf dem Kalibrierobjekt sind. Diese Formeln sind auch unter dem Namen„Direkte Lineare Transformation" bekannt. Für eine hinreichende Anzahl N Kalibrierpunkte erhält man N Gleichungen (5), aus denen rll, rl2, rl3, r21, r22, r23, T1,T2 ermittelt werden können. Aus den Orthogonalitätsbedingungen der Drehmatrix erhält man deren restliche  v * (r31 * X + r32 * Y + r33 * Z + T3) - f * (r21 * X + r22 * Y + r23 * Z + T2) = 0 (3) f * (rll * X + rl2 * Y + Π3 * Ζ + T1) - u * (r31 * X + r32 * Y + r33 * Z + T3) = 0 (4) u * (r21 * X + r22 * Y + r23 * Z + T2) - v * (rll * X + rl2 * Y + r13 * Z + T1) = 0 (5) where rll etc. the components of the matrix R, T1, 2.3 are the components of the translation vector T, f is the focal length and u, v is a pixel , and Χ, Υ, Ζ are a world point to one of the calibration points on the calibration object. These formulas are also known under the name "Direct Linear Transformation." For a sufficient number of N calibration points, one obtains N equations (5), from which rll, rl2, r13, r21, r22, r23, T1, T2 can be determined The orthogonality conditions of the rotation matrix are given the rest of them
Elemente. Die Gleichungen (3) und (4), wieder für N Kalibrierpunkte, können dann zur Berechnung von T3 und f verwendet werden. In Folge können so die Parameter der Vermessungskamera, wie Brennweite, optisches Zentrum, eventuell Verzerrungen, bestimmt werden. Elements. Equations (3) and (4), again for N calibration points, can then be used to calculate T3 and f. In consequence, the parameters of the surveying camera, such as focal length, optical center, possibly distortions, can be determined.
bestimmt werden. be determined.
Diese Kalibrierung ist durch lineare Gleichungen bestimmt und daher noch nicht optimal. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann eine nichtlineare Optimierung wie beispielsweise ein Gauß-Newton-Verfahren verwendet werden. Beim Gauß- Newton-Verfahren wird iterativ eine Fehlerfunktion folgenden Typs minimiert (siehe z.B. Wikipedia):
Figure imgf000014_0001
This calibration is determined by linear equations and therefore not yet optimal. To increase the accuracy, a non-linear optimization such as a Gauss-Newton method can be used. At the Gauss Newton method iteratively minimizes an error function of the following type (see eg Wikipedia):
Figure imgf000014_0001
Hierbei sind die xi,l..n die Parameter l...n der Kalibrierung (also f, cx, cy, R, T); i läuft über die Kalibrierpunkte. Die Funktion f in (6) sind die  Here, the xi, l..n are the parameters l ... n of the calibration (ie f, cx, cy, R, T); i passes over the calibration points. The function f in (6) are the
Abbildungsgleichungen der projektiven Kamera von Weltpunkten auf Mapping equations of the projective camera from world points
Bildkoordinaten und die yi entsprechen den gemessenen Bildpunkten (u,v, also 2 Terme pro Bildpunkt). Image coordinates and the yi correspond to the measured pixels (u, v, ie 2 terms per pixel).
Bei dieser Optimierung können für eine höhere Genauigkeit optional auch 2 Verzerrungs parameter der Kamera zugelassen werden, die Bildkoordinaten auf verzerrte Bildkoordinaten abbilden:  With this optimization, 2 distortion parameters of the camera can be optionally allowed for a higher accuracy, which image coordinates to distorted image coordinates:
u' = u (1 + Kir2 + K2I-4) u '= u (1 + Kir 2 + K2I- 4 )
v' = v (1 + K2r2 + K2r4) (7)v '= v (1 + K 2 r 2 + K 2 r 4 ) (7)
Nachdem man die Parameter der Vermessungskamera bestimmt hat, können die Markerpositionen mittels des„Structure from Motion"-Verfahrens ermittelt werden. In diesem Fall haben wir N Kalibrierpunkte mit jetzt unbekannten Weltkoordinaten. Diese sind nicht mehr auf einem Präzisions-Kalibrierobjekt angeordnet, sondern z.B. von Hand im Raum verteilt. In den Formeln (3) bis (5) ist dann u,v (für N Punkte) und f bekannt, der Rest unbekannt, also auch die N Weltpunkte (X,Y,Z)i. After determining the parameters of the survey camera, the marker positions can be determined using the "structure from motion" method, in which case we have N calibration points with now unknown world coordinates, which are no longer located on a precision calibration object, but rather from In the formulas (3) to (5) u, v (for N points) and f are known, the rest unknown, including the N world points (X, Y, Z) i.
Die Bestimmung der Weltpunkte für die Marker scheint auf den ersten Blick sehr schwierig. Die Geometrie von Kamerabbildungen enthält jedoch sehr starke Strukturen, die man auch hier nutzen kann. Es zeigt sich geometrisch, dass bei Aufnahmen einer Szene von zwei verschiedenen Positionen aus und mit projektiven Kameras, korrespondierende Bildpunkte (u,v)l und (uv)2 in der ersten und zweiten Aufnahme durch folgenden linearen Zusammenhang verknüpft sind: Determining the world points for the markers seems very difficult at first glance. The geometry of camera images, however, contains very strong structures that can also be used here. It is shown geometrically that when shooting a scene from two different positions from and with projective cameras, corresponding pixels (u, v) 1 and (uv) 2 in the first and second images are linked by the following linear relationship:
Figure imgf000014_0002
wobei F, die sogenannte Fundamentalmatrix, eine 3x3 Matrix ist. Für eine ausreichende Zahl korrespondierender Bildpunkte können diese Gleichungssysteme jedoch gelöst werden. Mathematische Verfahren hierzu findet man unter dem Stichwort„Homography Estimation".
Figure imgf000014_0002
where F, the so-called fundamental matrix, is a 3x3 matrix. For a sufficient number of corresponding pixels, however, these systems of equations can be solved. Mathematical methods can be found under the keyword "Homography Estimation".
Gleichung (1) gibt für projektive Kameras an, wie Weltpunkte und Bildpunkte zusammenhängen. Wendet man dies konsequent von einem Bildpunkt in der Aufnahme 1 zum Weltpunkt und von dort in die Aufnahme 2 an, kann man zeigen, dass für die Matrix F, die diese Bildpunkte verknüpft, folgendes gilt:
Figure imgf000015_0001
Equation (1) indicates for projective cameras how world points and pixels are related. Applying this consistently from one pixel in shot 1 to the world point and from there into shot 2, one can show that for matrix F, which links these pixels, the following applies:
Figure imgf000015_0001
Dabei sind R,T die gesuchten extrinsischen Kalibrierparameter aus (1) und K die bekannte Matrix der intrinsischen Kalibrierung (T ist die Transponierte):
Figure imgf000015_0002
Here, R, T are the sought-after extrinsic calibration parameters from (1) and K the known matrix of the intrinsic calibration (T is the transpose):
Figure imgf000015_0002
Die rechte Seite in (9) ist somit durch Punktkorrespondenzen zwischen den 2 Aufnahmen ermittelbar. Es zeigt sich nun, dass es Verfahren gibt, mit denen die Faktorisierung von KTFK (auch als Essential-Matrix bezeichnet) in die R und T- Matrix auf der rechten Seite gelingt. Ein solches Verfahren wird z.B. in Richard Hartley, Andrew Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision, The right side in (9) can thus be determined by point correspondences between the 2 images. It now turns out that there are methods that can be used to factorize KTFK (also called essential matrix) into the R and T matrix on the right. Such a method is e.g. in Richard Hartley, Andrew Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision,
Cambridge University Press, Kapitel 8.6.2„Extraction of Cameras from the Essential Matrix" vorgestellt. Cambridge University Press, chapter 8.6.2 "Extraction of Cameras from the Essential Matrix".
Sind damit die beiden Kamerapositionen bekannt, sind auch die 3D-Positionen der Weltpunkte (Marker) durch eine Stereorekonstruktion berechenbar. Aus (1) ergeben sich hierzu direkt zwei Sehstrahlen als Geraden im Raum, die man schneiden kann, um den gesuchten 3D-Punkt zu ermitteln.  If the two camera positions are known, the 3D positions of the world points (markers) can also be calculated by a stereo reconstruction. From (1) this results directly in two lines of sight as straight lines in the room, which can be cut to determine the desired 3D point.
Mit den nun bekannten Markerpositionen können für eine beliebige Aufnahme mit einer Produktionskamera die Position R,T und die Brennweite der Kamera für diese Aufnahme berechnet werden. Hierfür verwendet man wieder die Formeln (3) bis (5). Es handelt sich im Prinzip um dieselbe Aufgabe wie bei der  With the marker positions now known, the position R, T and the focal length of the camera for this recording can be calculated for any recording with a production camera. For this one uses again the formulas (3) to (5). It is basically the same task as the
intrinsischen Kalibrierung. Nur waren R,T dort ein unwichtiges Nebenprodukt der Berechnung, während diese nun die gesuchten Größen sind (zusammen mit der Brennweite). intrinsic calibration. Only R, T were an unimportant byproduct of the computation while these are now the sought sizes (along with the focal length).
Virtuelle Umgebungen und Objekte werden in einem eigenen virtuellen  Virtual environments and objects are in their own virtual
Koordinatensystem als 3D-Welt erzeugt. Um diese 3D-Welt auf ein 2D-Bild abzubilden, wird diese virtuelle Welt durch eine virtuelle Kamera mit einer Virtuelle Umgebungen und Objekte werden in einem eigenen virtuellen Coordinate system generated as a 3D world. In order to map this 3D world onto a 2D image, this virtual world is transformed by a virtual camera Virtual environments and objects are in their own virtual
Koordinatensystem als 3D-Welt erzeugt. Um diese 3D-Welt auf ein 2D-Bild abzubilden, wird diese virtuelle Welt durch eine virtuelle Kamera mit einer bestimmten Position, Ausrichtung und Öffnungswinkel (Zoom) aufgenommen, was als Rendern bezeichnet wird. Coordinate system generated as a 3D world. To map this 3D world to a 2D image, this virtual world is captured by a virtual camera with a specific position, orientation, and opening angle (zoom) called rendering.
Damit die Ansicht der Objekte im gerenderten Bild zur Aufnahme der realen Kamera passt, müssen die beiden Koordinatensysteme verbunden werden. Die virtuellen Objekte erhalten dadurch eine Position und Orientierung in der realen Welt und die Position der virtuellen Kamera zum Rendern entspricht dann der Position der realen Kamera. In order for the view of the objects in the rendered image to match the real camera, the two coordinate systems must be connected. The virtual objects thus receive a position and orientation in the real world, and the position of the virtual camera for rendering then corresponds to the position of the real camera.
Hierzu benötigt man die Definition eines gemeinsamen Koordinatensystems, was über die Kennzeichnung ausgesuchter Marker als Ursprung, X-Achse und Y-Achse geschieht. Der Marker der Y-Achse gibt dabei nur die Ebene der Y-Achse an, die eigentliche Achse wird automatisch senkrecht zur X-Achse berechnet, so dass man nicht unbedingt auf eine genau orthogonale Anordnung der Marker angewiesen ist. Die Z-Achse ist dann durch den Ursprung und die Lage dieser Ebene vorgegeben. This requires the definition of a common coordinate system, which is done by marking selected markers as origin, X-axis and Y-axis. The marker of the Y-axis indicates only the plane of the Y-axis, the actual axis is calculated automatically perpendicular to the X-axis, so that one does not necessarily rely on an exactly orthogonal arrangement of the marker. The Z axis is then dictated by the origin and location of that plane.
Außerdem benötigt man die Position, Ausrichtung, Zoom der realen Kamera im realen Koordinatensystem und, über die Verknüpfung der Koordinatensysteme, damit auch im virtuellen Koordinatensystem. Diese Parameter werden durch den beschriebenen Schritt der extrinsischen Kalibrierung anhand der SD- vermessenen Marker bereitgestellt. In addition, you need the position, orientation, zoom of the real camera in the real coordinate system and, by linking the coordinate systems, so that in the virtual coordinate system. These parameters are provided by the described step of extrinsic calibration from the SD-measured markers.
Die obigen Verfahren können mit einer geeignet eingerichteten The above methods can be set up with a suitable
Rechnervorrichtung, insbesondere eine digitale Bildverarbeitungsvorrichtung, ausgeführt werden, wobei die Berechnung der jeweils gesuchten Parameter mittels Softwareprogrammierung erfolgt. Alternativ können hierzu auch spezielle Hardwareschaltungen oder eine Mischung aus beidem eingesetzt werden. An der Produktionskamera selbst sind gegenüber herkömmlichen Modellen keine Veränderungen erforderlich. Auch die Anforderungen an die Vermessungskamera sind nicht besonders hoch, so dass auch hier herkömmliche Modellen verwendet werden können. Computing device, in particular a digital image processing device, are executed, wherein the calculation of the respectively sought parameters by means of software programming takes place. Alternatively, special hardware circuits or a mixture of both can be used for this purpose. On the production camera itself, no changes are required compared to conventional models. The requirements for the surveying camera are not particularly high, so that conventional models can also be used here.
Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Vorrichtung darlegen. Auf Basis der vorliegenden It should be noted that the description and figures merely set forth the principles of the proposed device. Based on the present
Offenbarung ist es dem Fachmann möglich, diverse Varianten der beschriebenen Ausgestaltungen zu erstellen. Diese Varianten, obwohl nicht ausdrücklich beschrieben, werden ebenfalls von diesem Dokument offenbart und werden von den Ansprüchen umfasst. Revelation, it is possible for the skilled person to create various variants of the described embodiments. These variations, although not expressly described, are also disclosed by this reference and are covered by the claims.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Bestimmung von Kameraparametern anhand von mittels einer Kamera aufgenommenen Bilddaten, mit 1. A method for determining camera parameters based on recorded by a camera image data, with
Aufnehmen mehrerer Bilder einer Szene, wobei die Bilder mehrere in der Szene angeordnete Markierungen enthalten; Taking a plurality of images of a scene, the images including a plurality of markers arranged in the scene;
Ermitteln der Positionen der Markierungen im Raum;  Determining the positions of the marks in the space;
Aufnehmen weiterer Bilder der Szene, wobei die weiteren Bilder zumindest einige der in der Szene angeordneten Markierungen enthalten; Taking further pictures of the scene, wherein the further pictures contain at least some of the markers arranged in the scene;
Zuordnen der Raumpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern zu deren jeweiligen Bildpositionen; und Assigning the spatial positions of the markers in the further images to their respective image positions; and
Bestimmen der Kamera parameter bei der Aufnahme der weiteren Bilder anhand der zugeordneten Raum-/Bildpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern. Determining the camera parameters when recording the other images based on the assigned space / image positions of the markers in the other images.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest einige der Markierungen eine eindeutige Identifikation der jeweiligen Markierung ermöglichen. 2. The method of claim 1, wherein at least some of the markers allow a unique identification of the respective mark.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zumindest einige der Markierungen in den weiteren Bildern identifiziert werden, um so ihre zuvor ermittelten Raumpositionen zu bestimmen und den jeweiligen Bildpositionen zuzuordnen. 3. The method of claim 2, wherein at least some of the markers in the further images are identified so as to determine their previously determined spatial positions and assign them to the respective image positions.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Positionen der Markierungen im Raum mittels eines„Structure from Motion "-Verfahrens erfolgt.  4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the determination of the positions of the markers in space by means of a "structure from motion" method.
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die bestimmten Kameraparameter zumindest eines aus Kamera Position,  5. A method according to any one of the preceding claims, wherein the determined camera parameters are at least one of camera position,
Kameraorientierung und Kamerazoom enthalten.  Camera orientation and camera zoom included.
6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Bilder der Szene mit einer zuvor kalibrierten Vermessungskamera aufgenommen werden und die weiteren Bilder mit einer Produktionskamera aufgenommen werden. A method according to any one of the preceding claims, wherein the images of the scene are taken with a previously calibrated surveying camera and the other pictures will be taken with a production camera.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Vermessungskamera einer intrinsischen Kalibrierung unterzogen wird, um deren Kameraparameter anhand der Aufnahmen eines Kalibrierobjekts mit bekannten Abmessungen zu ermitteln. 7. The method of claim 6, wherein the surveying camera is subjected to an intrinsic calibration to determine their camera parameters based on the images of a calibration object with known dimensions.
8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Markierungen eindeutig identifizierbare Master-Markierungen und Slave- Markierungen aufweisen, deren Kennung nur im räumlichen Bezug zu einer Master-Markierung eindeutig ist.  8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the markers have uniquely identifiable master markers and slave markers whose identifier is unique only in spatial relation to a master mark.
9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Markierungen eine Kodierung ihrer Identifikationsnummer und/oder eine Referenzposition bzw. Richtung enthalten. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the markings include a coding of their identification number and / or a reference position or direction.
10. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Markierungen dreidimensional im Raum der Szene angeordnet sind und ihre jeweiligen dreidimensionalen Positionen im Raum ermittelt werden.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the markers are arranged three-dimensionally in the space of the scene and their respective three-dimensional positions are determined in space.
11. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei mehrere aufgenommene Einzelbilder, die jeweils nur einen Teil der Szene und der darin angeordneten Markierungen enthalten, zu zusammengesetzten Bildern zusammengesetzt werden, um anhand der zusammengesetzten Bildern die Positionen der Markierungen im Raum zu ermitteln. A method according to any of the preceding claims, wherein a plurality of captured still images, each containing only a portion of the scene and the markers disposed therein, are assembled into composite images to determine the positions of the markers in space from the composite images.
12. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Markierungen farblich so gestaltet sind, dass sie aus den weiteren Bildern mittels ihrer Farbkodierung entfernt werden können. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the markers are colored in such a way that they can be removed from the further images by means of their color coding.
13. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt eines Verwendens der bestimmten Kameraparameter zum Einfügen von virtuellem Inhalt in die weiteren Bilder. The method of any one of the preceding claims, further comprising the step of using the determined camera parameters to insert virtual content into the further images.
14. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche. 14. Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims.
15. System zur Bestimmung von Kameraparametern, mit  15. System for determining camera parameters, with
mindestens einer Kamera zum Aufnehmen von Bildern einer Szene, mehrere in der Szene angeordnete Markierungen, und einer Auswerteeinheit, die mit der mindestens einen Kamera verbunden ist, um die aufgenommenen Bilder zu erhalten und die Positionen der Markierungen im Raum anhand der erhaltenen Bilder zu ermitteln, wobei weitere Bilder der Szene durch die mindestens eine Kamera aufgenommen und der Auswerteeinheit übergeben werden wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist zum at least one camera for taking pictures of a scene, a plurality of markers arranged in the scene, and an evaluation unit which is connected to the at least one camera in order to obtain the recorded images and to determine the positions of the markers in the space on the basis of the obtained images, whereby further images of the scene are taken by the at least one camera and transferred to the evaluation unit Evaluation unit is designed for
Zuordnen der Raumpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern zu deren jeweiligen Bildpositionen; und  Assigning the spatial positions of the markers in the further images to their respective image positions; and
Bestimmen der Kamera parameter bei der Aufnahme der weiteren Bilder anhand der zugeordneten Raum-/Bildpositionen der Markierungen in den weiteren Bildern. Determining the camera parameters when recording the other images based on the assigned space / image positions of the markers in the other images.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2329292A (en) * 1997-09-12 1999-03-17 Orad Hi Tec Systems Ltd Camera position sensing system
GB2366463A (en) * 1997-05-30 2002-03-06 British Broadcasting Corp Position determination
US20100245593A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for calibrating images between cameras
WO2014020108A1 (en) * 2012-08-03 2014-02-06 Thorsten Mika Apparatus and method for determining the distinct location of an image-recording camera

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2366463A (en) * 1997-05-30 2002-03-06 British Broadcasting Corp Position determination
GB2329292A (en) * 1997-09-12 1999-03-17 Orad Hi Tec Systems Ltd Camera position sensing system
US20100245593A1 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for calibrating images between cameras
WO2014020108A1 (en) * 2012-08-03 2014-02-06 Thorsten Mika Apparatus and method for determining the distinct location of an image-recording camera

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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