Diplomarbeit Mandy Schulze
Titel der Arbeit:
Vergleich verschiedener Programme zur Kalibrierung von Kameras
Betreuer: Dr.-Ing. Danilo Schneider, Dipl.-Ing. Marc Schulze
Beschreibung:
Werden in der Photogrammetrie als Messinstrument Kameras genutzt, so ist die Erfassung der Kameraparameter eine bedeutende Aufgabe. Die Kamerakalibrierung ist dabei ein wichtiges beziehungsweise notwendiges Verfahren zum Beispiel zur Ermöglichung der Koordinatenmessung in Bildern. Die Endprodukte wie zum Beispiel 3D-Koordinaten, Karten und dergleichen sind dabei abhängig von diesen Kameraparametern. Das heißt die Genauigkeit eines 3D-Modells zum Beispiel ist abhängig von der Bestimmung und Genauigkeit der Kameraparameter, aber auch von der verwendeten Kamera sowie dem genutzten Kalibrierungsprogramm. Hier gibt es nun ähnlich wie bei den verfügbaren Kameras ein breites Spektrum an Programmen, von preiswerten und einfachen Programmen bis hin zu hochwertigen und kostenintensiven Kalibrierprogrammen.
Abb. 1: Kamerakalibrierung
Für photogrammetrische Auswertungen mit digitalen Fotos als auch analogen Bildern werden die Parameter der inneren Orientierung benötigt. Eine möglichst genaue Bestimmung dieser Werte ist erforderlich, da diese direkt auf das Endergebnis einwirken. Zu diesen Parametern zählen die Kamerakonstante, der Hauptpunkt und die Verzeichnungen.
Abb. 2: Parameter der inneren Orientierung
Die radial-symmetrische Verzeichnung hat dabei die größte Bedeutung. Diese gilt es zu bestimmen und anzubringen, da selbst eine relativ kleine Verzeichnung des Bildes schon zu einer relativ großen Verfälschung der Messdaten führen kann. Weitere Arten der Verzeichnungen sind die radial-asymmetrische und tangentiale Verzeichnung sowie die Affinität und Scherung.
Abb. 3: Links: radial-symmetrische Verzeichnung, Rechts: radial-asymmetrische und tangentiale Verzeichnung
Für einen Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Programme, wurden die Software „AICON 3D Studio” und „PhotoModeler” verwendet. Neben den kommerziellen Programmen kamen auch kostengünstigere und quelloffene Programme zum Einsatz. Zum einen die Software „Camera Calibration Toolbox“ für „MATLAB“ und zum anderen „Camera Calibration 2.0“ basierend auf „OpenCV“.
Abb. 4: 3D-Ansicht in “AICON 3D Studio” nach Kamerakalibrierung
Zusammenfassend ist zu sagen, dass alle Programme zunächst respektable Ergebnisse geliefert haben. Wie zu erwarten war, sind die besten Ergebnisse in „AICON 3D Studio” und „PhotoModeler” erzielt worden. Während die Berechnungen zur Kamerakalibrierung in den kommerziellen Programmen nur wenig bis gar keinen Einblick erlauben, ist die Berechnung der Kalibrierparameter bei den kostenlosen und quelloffenen Softwaretools transparenter. Dadurch können die einzelnen Schritte zu den Berechnungen besser nachvollzogen werden. Ausblickend ist zu sagen, dass die preiswerten und einfacheren Programme gute Alternativen zur Bestimmung der Kameraparameter bieten.