Kalibrierung von Kameras

Ich warte gerade eine Legacy-Software für die Kalibrierung von Kameras auf Basis von Kreisen. Leider ist die Software ziemlich fehleranfällig. Da werden Kreise erkannt wo keine sind und so muss ich die Aufnahmen mit einem Bildbearbeitungsprogramm anpassen und auch an gewisse Parameter in der Software drehen und sie speziell für einzelne Aufnahmen anpassen.

Ich habe zu meinem Vorgesetzten gemeint, dass sich ein Schachbrettmuster sicherlich besser dafür eignen würde und die False-Positive-Rate sicherlich geringer wäre. Er meinte, dass man sich damals extra für Kreise entschieden hat, weil man damit auf Subpixel-Ebene den Mittelpunkt berechnen kann (auf dieser Basis wird indirekt kalibriert) und dass das mit Vierecken nicht gehen würde.

Ich habe mir darüber Gedanken gemacht und bin der Meinung, dass die Voraussetzungen für Kreise allerdings nicht gut sind, da sie nicht mal in der Theorie auf Pixel abbildbar sind, weil dort irgendein gezacktes Gebilde rauskommt,
das etwas mit einem Kreis zu tun haben soll. Insofern ist das Argument mit "subpixelgenau" erledigt.

Wie seht ihr das?

volkard

Würde https://de.wikipedia.org/wiki/Hough-Transformation Deine Meinung ändern?

Nicht wirklich. Man schließt ja von einem Kantenpunkt auf den Mittelpunkt. Wenn aber schon der Input in der Theorie nicht gut ist (Kreis auf Pixelmatrix lässt sich halt nicht gut abbilden) und die Ortsauflösung zusätzlich schlecht ist, dann kann da nichts Gutes rauskommen.
Die vom Kalibriertool eingezeichneten Mittelpunkte liegen nach meinem Gefühl 1-3 Pixel daneben.
Das ist für mich einfach ein Konzept, das in der Theorie gut klingt, aber in der Praxis dann doch nicht so toll ist. Ein Viereck kann theoretisch perfekt abgebildet werden.

Eine andere Begründung habe ich hier gefunden (Seite 3 + 4):

https://caj.informatik.uni-jena.de/caj/file/view;jsessionid=A1AD93C6E68AF4A4D660827BF74F7760?id=5201

welche Methode verwendet ihr, um Kreise zu erkennen?
Mit Hough findet man zwar die Kreise meist recht gut, aber die einzustellenden Schwellwerte machen das Verfahren auch recht instabil gegenüber äußeren Einflüssen.
Und auf Subpixelgenauigkeit kommt man sicher nicht, man braucht sich ja nur mal ansehen wie bei Hough die Maxima im Akkumulator aussehen. Das sind meist recht "verwaschene" Maxima, da liegt man dann schon mal ein bisschen daneben - und sei es nur durch etwas Bildrauschen.

rapso

bei kreisen wird doch deren zentrum als referenz genommen anhand aller beteilitgter pixel am rand. bei checker boards doch nur die schnitt/kreuzungsstellen die das problem haben dass wenn man kurze linien zur schnittpunktberechnung nutzt, nur weniger pixel etwas beitragen und deswegen die varianz gross ist, bei laengeren kanten/linien zur schnittpunkt bestimmung gibt es ungenauigkeit aufgrund der kruemmung der linien (eben wegen der lens distortion die man mittels kalibrierung ausgleichen moechte).

deswegen denke ich dass kreise genauer sind, nur eben aufwendiger/komplexer.

SeppJ

Weiterhin ist das Argument, dass der Kreis nicht exakt auf Pixel abgebildet werden kann und daher ungeeignet ist, grob falsch. Denk mal an eine gerade, vertikale Linie: Wenn du die Pixel dieser Linie betrachtest, dann sind die ja nicht unbedingt exakt an der richtigen Stelle, sie können ja bis zu einem halben Pixel verschoben sein und der Pixel, auf den sie abgebildet wurden, ist dann der, der am besten passte. Da die Linie gerade ist, sind alle Pixel der Linie um diesen gleichen Fehler verschoben. Das heißt, du kannst nicht einmal merken, dass da eine Verschiebung ist und nimmst dann die um bis zu einem halben Pixel falsche Kalibrierung an. Also das komplette Gegenteil von dem, was du erreichen wolltest! Beim Kreis hingegen wird dein Fehler gestreut und du kannst ihn am Ende raus rechnen.

Das ist ungefähr das, was rapso auch schon sagte, aber von der anderen Seite aus betrachtet.

Das sind natürlich alles gute Argumente für den Kreis.
Wie bewertet ihr aber in meinem verlinktem Paper die Aussage "Der Kreismittelpunkt geht nicht in den Ellipsenmittelpunkt über!"?
Zur Erkennung von Ellipsen wird übrigens OpenCV (Version 1) genommen.

Kann man das einfach so sagen, die Software ist fehleranfällig?

Gerade fürs Erkennen/Orientieren ist gewisses Referenzmaterial oder eben Standardisiertes hilfreich.

Und: Formatemfindlichkeit ist ein generelles Wahrnehmungs"problem", ist nicht nur Computerprogrammen vorbehalten. Bei Ärzten z.B. kann nicht jeder mit fremdem Röngenmaterial oder ähnlichem Diagnosematerial arbeiten. Es braucht u.a. "workarounds".

Meine eigene interne "Software" bevorzugt Kreise und Annäherungen. Das ist nicht mein Ideal, als Kind hatte ich z.B. Dreiecke und unlogische Formen gemocht.

Kalibrierung beim kindlichen Sehen läuft vermutlich über Augen (z.B. der Mutter) und Modellbildung/Rekursion und Wiederholung (also auch "Übung", dauert ja auch einige Jahre).
Außerdem werden immer auch diverse "Skripts/(Enviroments)" vorgeladen/aufgebaut.

Wer mit Kamera-Autofokus arbeitet wünscht sich vermutlich ein sehr schnelles aber einigermaßen genaues AF.
Hierbei gibt es bestimmt wieder bevorzugte Szenarien, also Schemen, Skripts, Streifen, Kontrastverstärker etc.

(Gegen Tunnelblick-Effekte hilft gezieltes Üben von Aufmerksamkeit-Umschalt-Geschichten in Zeitkritischen Szenarien. - Das hat nichts direkt mit Sensorik zu tun, aber mit Zusammenhängen und Effizienz bzw. schneller.)

Letztlich: Für ein ordentliches Kalibrierprogramm müssen Schwächen von Kameras deutlich werden, und Workarounds nahegelegt werden können, auch die Beziehung zu AF sollten eine Rolle spielen.
Bei typischer 3D-Optik hat man aufgrund der Perspektive nach Hinten immer auch eine Art Trapez als grobe Modellform.
Auf die Schnelle ginge vielleicht auch ein Verbund aus "Kreisen" und Linien.

Es müssen (müssten) eine ganze Menge von Zusammenhängen beachtet werden, schnelles AF vielleicht noch irgendwo im Hinterkopf haben.

Inwieweit eine Software in verschiedenen Einsatzszenarien funzt, ...dazu wäre es gut, schlicht verschiedene Einsatzszenarien und Algos zum Testen zu haben?
(absolute Ausrichtung schwierig, relative Ausrichtung auch ganz gut)

(äh... https://www.youtube.com/watch?v=LYp3qGEeSKA )
(wenn schon auf yt... https://www.youtube.com/watch?v=nOINGWcef2M )