カメラキャリブレーション(外部+内部)

外部パラメータと内部パラメータのキャリブレーションを行う

double calibrateCamera( InputArrayOfArrays _objectPoints, InputArrayOfArrays _imagePoints, Size imageSize, InputOutputArray _cameraMatrix, InputOutputArray _distCoeffs, OutputArrayOfArrays _rvecs, OutputArrayOfArrays _tvecs, int flags, TermCriteria criteria );†

複数フレームで求められた平面パターンの座標からキャリブレーションを行う

引数†

• _objectPoints:Mat型のパターンの世界座標。入力
• _imagePoints:Mat型のパターンの画像座標。入力
• imageSize:Size型の撮影画像の画像サイズ。入力
• _cameraMatrix:Mat型のカメラ行列(内部行列)。出力
• _distCoeffs:Mat型の歪計数ベクトル。出力
• _rvecs:Mat型の回転ベクトルの集合。出力
• _tvecs:Mat型の並進ベクトルの集合。出力
• flags:int型の処理フラグ。入力。省略可
• criteria:TermCriteria型の収束条件。入力。省略可

返り値†

double型の再投影誤差

void cvCalibrateCamera2( CvMat* world_points, CvMat* image_points, CvMat* counts, CvSize image_size, CvMat* A, CvMat* distortion, CvMat* rotations, CvMat* translations, int flags);†

複数フレームで求められた平面パターンの座標からキャリブレーションを行う(注意！このCインタフェースの関数はOpenCV 1.0 に準拠した記述です)

引数†

• world_points:CvMat*型のパターンの世界座標
• image_points:CvMat*型のパターンの画像座標
• counts:CvMat*型の各フレームにおいて求められたパターンの個数
• image_size:CvSize型の画像サイズ
• A:CvMat*型の内部パラメータ行列
• distortion:CvMat*型の歪み係数ベクトル
• rotation:CvMat*型の回転ベクトルの集合．省略可能
• translation:CvMat*型の並進ベクトルの集合．省略可能
• flags:int型の処理フラグ．省略可能

返り値†

• void型なのでなし(OpenCV 1.0時点)
• 再投影誤差を表すdouble型(OpenCV 2.2以降)

解説(C++版)†

• _objectPointsのサイズは3xNか2xN
  • Nはフレーム数x点の数
  • 必ずしも各フレームで同じ点の数である必要は無いが，便宜上そう説明する
  • 世界座標は3次元だが，内部パラメータを推定する場合平面パターンの必要があり，立体パターンを渡すと文句を言われる．
• image_pointsのサイズは2xN
• 当然world_pointsとimage_pointsでサイズと型の整合性が取れてる必要がある
• countsのサイズは1xMかMx1
  • Mはフレーム数
• image_sizeはCvSize型の画像サイズ
• Aは3x3の内部パラメータ行列
  • 内部パラメータの推定を行ってくれるが，flagsの指定次第では初期値を渡す必要がある
• distortionには歪み係数ベクトルが返って来る
  • OpenCVで4次元の歪みパラメータを扱える
• rotationsのサイズは3xMか9xMで回転ベクトルの集合が返って来る
  • サイズが3xMの場合はQuaternion表記で，9xMの場合は回転行列のパラメータが各行に入る
• translationsのサイズは3xMで並進ベクトルの集合が返って来る
• flagsは省略可能．下記のフラグ，もしくはそれらの組み合わせとなる
  • CV_CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS(1):渡した内部パラメータを利用する
    • 実際，内部パラメータが既知の場合，cvFindExtrinsicCameraParams2を利用するべし
    • このフラグが指定された無かった場合，cx，cyは画像サイズの中心が，fx，fyは最小二乗法で計算された値が初期値として利用される
  • CV_CALIB_FIX_ASPECT_RATIO(2):fxとfyの比率を固定したまま最適化を行う
  • CV_CALIB_FIX_PRINCIPAL_POINT(4):光学中心位置だけを固定したまま最適化を行う
  • CV_CALIB_ZERO_TANGENT_DIST(8):円周方向の歪み方向が0に固定される
  • CV_CALIB_FIX_FOCAL_LENGTH(16):
  • CV_CALIB_FIX_K1(32):
  • CV_CALIB_FIX_K2(64):
  • CV_CALIB_FIX_K3(128):
  • CV_CALIB_FIX_K4(2048):
  • CV_CALIB_FIX_K5(4096):
  • CV_CALIB_FIX_K6(8192):
  • CV_CALIB_RATIONAL_MODEL(16384):

解説(C版)†

• world_pointsのサイズは3xNか2xN
  • Nはフレーム数x点の数
  • 必ずしも各フレームで同じ点の数である必要は無いが，便宜上そう説明する
  • 世界座標は3次元だが，内部パラメータを推定する場合平面パターンの必要があり，立体パターンを渡すと文句を言われる．
• image_pointsのサイズは2xN
• 当然world_pointsとimage_pointsでサイズと型の整合性が取れてる必要がある
• countsのサイズは1xMかMx1
  • Mはフレーム数
• image_sizeはCvSize型の画像サイズ
• Aは3x3の内部パラメータ行列
  • 内部パラメータの推定を行ってくれるが，flagsの指定次第では初期値を渡す必要がある
• distortionには歪み係数ベクトルが返って来る
  • OpenCVで4次元の歪みパラメータを扱える
• rotationsのサイズは3xMか9xMで回転ベクトルの集合が返って来る
  • 省略するとNULLが渡され，回転ベクトルの推定が行われない
  • サイズが3xMの場合はQuaternion表記で，9xMの場合は回転行列のパラメータが各行に入る
• translationsのサイズは3xMで並進ベクトルの集合が返って来る
  • 省略するとNULLが渡され，並進ベクトルの推定が行われない
• flagsは省略可能．下記のフラグ，もしくはそれらの組み合わせとなる
  • CV_CALIB_USE_INTRINSIC_GUESS(1):渡した内部パラメータを利用する
    • 実際，内部パラメータが既知の場合，cvFindExtrinsicCameraParams2を利用するべし
    • このフラグが指定された無かった場合，cx，cyは画像サイズの中心が，fx，fyは最小二乗法で計算された値が初期値として利用される
  • CV_CALIB_FIX_ASPECT_RATIO(2):fxとfyの比率を固定したまま最適化を行う
  • CV_CALIB_FIX_PRINCIPAL_POINT(4):光学中心位置だけを固定したまま最適化を行う
  • CV_CALIB_ZERO_TANGENT_DIST(8):円周方向の歪み方向が0に固定される

その他†

• OpenCV 2.4.8 時点では、 C++ はC実装のラッパー。
• OpenCV 2.2 では遅くとも再投影誤差の返り値があったが、OpenCV 1.0 時点では無い。

サンプルコード†

#geshi(c++,number){{

int M = 50;                                        // フレーム数
int N = M * patternX * patternY;                   // 総点数
CvMat *world_points = cvCreateMat(N, 3, CV_32FC1); // 世界座標
CvMat *image_points = cvCreateMat(N, 2, CV_32FC1); // 画像座標
CvMat *counts       = cvCreateMat(M, 1, CV_32SC1); // 各フレームの点の数
CvMat *A            = cvCreateMat(3, 3, CV_32FC1); // 内部パラメータ
CvMat *distortion   = cvCreateMat(4, 1, CV_32FC1); // 歪みベクトル
CvMat *rotation     = cvCreateMat(M, 3, CV_32FC1); // 回転ベクトルs
CvMat *translation  = cvCreateMat(M, 3, CV_32FC1); // 並進ベクトルs
CvSize image_size   = cvSize(width, height);

setPoints(world_points, image_points, counts, M, N); // ここで点をセットする
// キャリブレーションを行う
cvCalibrateCamera2( world_points, image_points, counts, image_size, A, distortion, rotations, translations);

cvReleaseMat(&world_points);
cvReleaseMat(&image_points);
cvReleaseMat(&counts);
cvReleaseMat(&A);
cvReleaseMat(&distortion);
cvReleaseMat(&rotation);
cvReleaseMat(&translation);

}}

実体ファイル†

• C++インタフェース(2.4.8)
  • modules/calib3d/src/calibration.cpp
  • modules/calib3d/include/opencv2/calib3d/calib3d.hpp
• Cインタフェース(2.4.8)
  • modules/calib3d/src/calibration.cpp
  • modules/calib3d/include/opencv2/calib3d/calib3d.hpp
• Cインタフェース(1.0)
  • cv/src/cvcalibration.cpp
  • cv/include/cv.h

注意†

• 基本的にデータは転置してもOKなOpenCVなのに，world_points, image_points, translations, rotationsは高さがフレーム数とか点の数とか，幅が次元数でないとエラーになる．
• 上記には無いが，マルチチャンネルの1xNもNx1も利用できる

ジャンル:OpenCV:OpenCV 1.0:OpenCV 2.4準拠

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