Volume 10 número 2
Páginas: 89-99
Non-Linear Optimization-Based Batch Calibration with Accuracy Evaluation
Sidney Antonio A. Viana, Jacques Waldmann, Fábio de Freitas Caetano
Resumo:
O presente trabalho expõe a aplicação de uma técnica "batch" à calibração de um sistema de visão ativa, objetivando a identificação dos parâmetros que caracterizam a óptica (parâmetros intrínsecos), a posição e a atitude da câmera (parâmetros extrínsecos). Esta identificação permite a realização de dois propósitos fundamentais: a recuperação 3D, associada à localização de objetos no ambiente ou a determinação do movimento da câmera, assim como a correção de erros de imageamento devido a distorções ópticas e montagem imperfeita do conjunto câmera-lente. Inicialmente determina-se uma estimativa inicial dos parâmetros mediante o emprego de um modelo pin-hole dotado de óptica ideal, produzindo uma solução analítica baseada em mínimos quadrados. Em seguida, busca-se refinar este resultado iterativamente mediante o emprego de um modelo de distorção óptica radial. A validação dos resultados é feita com base em um índice que reduz o efeito de quantização espacial. Resultados da calibração usando dados sintéticos e reais são apresentados. Observou-se que erros de medida nos pontos 3D de controle e em suas projeções no plano-imagem influenciam detrimentalmente a calibração, impondo requisitos quanto à qualidade destas medidas. Uma avaliação estatística foi levada a cabo visando determinar intervalos de confiança para os parâmetros estimados a partir dos dados sintéticos. O valor calibrado da distância focal da câmera real foi usado com sucesso no rastreamento de objetos por movimentos sacádicos, indicando que a calibração efetuada apresenta exatidão adequada à esta tarefa visual.
Abstract:
The application of a batch technique is presented for the calibration of an active vision head. The approach aims at the identification of both the intrinsic parameters related to the camera optics and the extrinsic parameters that describe the camera position and attitude. Successful identification allows one to attend to two fundamental purposes: firstly, the recovery of 3D structure, usually accompanied by object location in an unstructured environment or the detemination of camera motion, and secondly, the correction of imaging errors caused by optical distortions and misalignments in the lens-camera assembly. An initial estimate of the parameters is produced by assuming a pin-hole camera and ideal optics, thus leading to a closed-form least-squares solution. The latter is further refined by means of a radial distortion model of the actual optics. An accuracy index validates the results of the calibration method. This index is robust to spatial quantization errors that occur in the imaging process and thus accomodates a comparison of calibration performance in distinct vision systems. Results based on synthetic and real data are presented. Measurement errors in both 3D control points and their projections onto the image plane detrimentally affect the calibration accuracy. Requirements upon the quality of such measurements are stated. A statistical evaluation was carried out to determine the average performance and confidence intervals for the parameter estimation from synthethic data. The calibrated focal length has been used in conjunction with a saccadic motion control algorithm for visual tracking. Successful completion of tracking under various circumstances indicates that the calibration accuracy is adequate for this specific visual task.
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Disponibilizado em 24/05/1998 |
