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Using Angles for internal camera calibration

 
: Kolesnik, M.

:
urn:nbn:de:0011-b-732543 (179 KByte PDF)
MD5 Fingerprint: 05028167a80e704964ad3dcf3ada7ae3
Created on: 07.08.2002


Sankt Augustin: GMD Forschungszentrum Informationstechnik, 1999, 6 pp.
GMD Report, 55
English
Report, Electronic Publication
Fraunhofer AIS ( IAIS) ()
Lochkamera Model; Brennweite; pinhole model; focal length

Abstract
Standardtechnik für die Kalibration der Kamera gründet sich auf der Beziehung zwischen den 3-D Punktkoordinaten im Objektraum und ihren entsprechenden 2-D Koordinaten in der Ebene des Bildes. Solche präzisen Messungen der Entfernungen für eine Menge von Referenzpunkten sind notwendig für die Kalibrationsprozedur. Die Kameraabbildung ist ein irreversibler Prozeß: obwohl eine Menge von sechs Referenzpunkten eindeutig die Parameter der Kamera bestimmt, kann ihr genauer Standort auf Grund des einzelnen Bildes nicht bestimmt werden. Das Bild wird sich so lange nicht ändern, bis die 3-D Position des Referenzpunktes an seinen optischen Strahl variiert: der Strahl ist definiert durch den Bildpunkt und das optische Zentrum der Kamera. Es folgt, daß eine Menge solcher "Referenzstrahlen" ein Kameramodel eindeutig definiert. Die Idee dieses Artikels besteht darin, die innere Kamerakalibration auf Grund der Winkelinformation für eine Menge der Referenzpunkte, wie man sie in der Ebene des Bildes sieht, auszuführen. Wir nennen diese Annäherung Winkelkalibration. Wir verwenden dafür ein spezieller Laser, welcher ein Referenzmuster mit der bekannten Winkelinformation produziert. Die Winkelkalibration basiert auf der Winkelkenntnisse, daß die Kamera bedeutende 3-D Punkte auf dem Laserbild erkennt. Die Verwendung der Referenzmenge oder der metrischen Information ist nicht nötig. Die Berechnung ist in dem Standardkoordinatsystem der Kamera ausgeführt. Nur die intrinsischen Kameraparameter sind wichtig. Wir zeigen auch, wie der Winkelkalibrationsansatz für Kameras mit Zoomobjectiv angewendet werden kann. Wir führen die experimentellen Ergebnisse der Berechnungen der Kameraparameter. Die Winkelkalibration ist für die "off-lab" Kalibration der mobilen Roboter geeignet.

 

Standard camera calibration technique is based on the relationship between the 3D point coordinates in the object space and their respective 2D coordinates in the image plane. Thus precise distance measurements for a set of reference points is the necessary burden of the calibration procedure. Nevertheless camera projective mapping is irreversible process: whereas a set of six reference points uniquely defines the camera parameters their precise position can not be retrieved on the basis of a single image. The image will not change as long as the 3D position of the reference point varies along its optical ray tended by the respective image point and the camera optical center. It follows that a set of such "reference rays" uniquely defines camera model. The idea presented in the paper is to perform internal camera calibration using angular information for a set of reference points as they are seen in the image plane. We call this approach angular calibration. We use a special laser facility that generates reference pattern with known angular characteristics. Angular calibration is based on the knowledge about the angles to the distinguished 3-D points in the laser pattern, which are viewed by the camera. No use of a reference set or metric information is required. The calculation is done in the camera standard coordinate system; only the intrinsic camera parameters are of importance. We show how angular calibration approach can be used for the camera with changing focal length. We give experimental results of the camera parameter calculations. The angular calibration is suitable for "off-lab" self-calibration of mobile robots.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/B-73254.html