Efficient calibration of a multi-camera measurement system using a target with known dynamics
Çok kameralı bir ölçüm sisteminin bilinen dinamiği olan bir hedef ile kalibre edilmesi
- Tez No: 224008
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Çok kameralı sistemler bir veya birden çok objenin 3 boyutlu konfigürasyonu ya da ?durum?' kestirimi ile ilgili bilgi elde etmek amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır. Kamera kalibrasyonu statik ya da yavaş değişen optik ve geometrik parametrelerinönceden belirlenmesidir. Kalibrasyon tek bir kamera için, kameranın yapımı ve optiğiile ilgili iç parametrelerin belirlenmesine karşılık gelirken, çok kameralı bir sistemdekameraların birbirlerine göre pozisyonlarının kestirimini, yani ?dış'' parametre kestiriminide içermektedir.Ölçüm sistemi ile durum kestirimi yapabilmek için kalibrasyon gerekli ve önemli bir adımdır.Bu tezde çok kameralı bir ölçüm sistemi ile bu sistemin yöntemselolarak etkin ve yüksek performanslı kalibrasyonu problemi incelenmiştir.Bu tez kapsamında balistik olarak fırlatılan bir objenin bilinen dinamiğinin genişletilmişKalman Filtresi (EKF) yardımıyla çok kameralı bir sistemin kalibrasyonu için kullanılmasıönerilmiştir.Hedef objenin dinamiğinin durum-uzayı gösteriminin bilinmeyen statik ya da yavaş değişenkamera parametreleri ile genişletilmesiyle ?süper durum vektörü'' elde edilir.EKF durum kestirme algoritması süper durum vektörünün tahmin edilmesi için kullanılmaktave böylece bilinmeyen kamera parametreleri de hesaplanmaktadır.Yapılan simülasyon çalışmaları ve gerçek deneyler hedefin ballistik yörüngesinin önerilen iki yeniEKF algoritması ile işlenmesi sonucundakamera kalibrasyon parametrelerinin gerçek değerlerine sonuşurda kararlı bir şekildeyakınsadığını göstermiştir.Kalibrasyon için gerekli olan görüntüler elde edildikten sonra çevirim dışı bir şekilde işlenmeleri mümkün olduğundan, aynı görüntülerin defalarca kullanıldığı ?özyinelemeli? ve ?iki yönlü? EKF versiyonları önerilmiştir. Özyinelemeli EKF (R-EKF) hedef objenin ilk durum vektörü doğru olarak verildiğinde parametrelerin sınırlı bir sayıda görüntü karesi kullanılarak yakınsamasını sağlarken iki yönlü özyinelemeli EKF (RB-EKF) ise parametre kestiriminin yanı sıra ilk durum vektörünün de kestirimini gerçekleştirdiğinden daha doğru sonuç elde edilmesini sağlamaktadır.Önerilen algoritmanın en büyük katkısı önceden hazırlanmış desenli bir plakanınkameraların çoğunluğunun görüş alanını kapsayacak şekilde hizalanması gerekmedenhızlı ve kolay uygulanabilir bir kalibrasyon prosedürü sağlamasıdır.Ayrıca kalibrasyon karelerinin otomatik işlenmesi, insan desteğinin sadece hedeffırlatma ile sınırlanmasını sağlamıştır.Doğru ve hızlı bir şekilde sonuç üretilmesi algoritmanın sahada uygulanabilirbir yöntem olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Multi camera measurement systems are widely used to extract information about the 3D configurationor ?state? of one or more real world objects. Camera calibration is the process ofpre-determining all the remaining optical and geometric parameters of the measurement systemwhich are either static or slowly varying. For a single camera, this consist of the internalparameters of the camera device optics and construction while for a multiple camera system,it also includes the geometric positioning of the individual cameras, namely ?external? parameters.The calibration is a necessary step before any actual state measurements can bemade from the system. In this thesis, such a multi-camera state measurement system and inparticular the problem of procedurally effective and high performance calibration of such asystem is considered.This thesis presents a novel calibration algorithm which uses the known dynamics of a ballisticallythrown target object and employs the Extended Kalman Filter (EKF) to calibrate themulti-camera system. The state-space representation of the target state is augmented with theunknown calibration parameters which are assumed to be static or slowly varying with respectto the state. This results in a ?super-state? vector. The EKF algorithm is used to recursivelyestimate this super-state hence resulting in the estimates of the static camera parameters. It isdemonstrated by both simulation studies as well as actual experiments that when the ballisticpath of the target is processed by the improved versions of the EKF algorithm, the camera calibrationparameter estimates asymptotically converge to their actual values. Since the imageframes of the target trajectory can be acquired first and then processed off-line, subsequentimprovements of the EKF algorithm include repeated and bidirectional versions where thesame calibration images are repeatedly used. Repeated EKF (R-EKF) provides convergencewith a limited number of image frames when the initial target state is accurately providedwhile its bidirectional version (RB-EKF) improves calibration accuracy by also estimatingthe initial target state.The primary contribution of the approach is that it provides a fast calibration procedure wherethere is no need for any standard or custom made calibration target plates covering the majorityof camera field-of-view. Also, human assistance is minimized since all frame data isprocessed automatically and assistance is limited to making the target throws. The speed ofconvergence and accuracy of the results promise a field-applicable calibration procedure.
Benzer Tezler
- Grafik işlemci birimi üzerinde genel amaçlı hesaplama yöntemi ile görüntülerin gerçek zamanlı ortorektifikasyonu
Real time orthorectification of images by general purpose computation on graphical processing units method
HAKAN ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2016
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SITKI KÜLÜR
- Uzaktan algılama verileriyle orman yangını analizi
Forest fire analysis with remote sensing data
COŞKUN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ SUNAR
- Uydu görüntüleri, meteorolojik veriler ve kamera fotoğrafları ile pamuk ve mısır bitkileri için rekolte tahmin modeli tasarımı: Şanlıurfa örneği
Crop yield estimation model design for cotton and maize crops using satellite imagery, meteorological data and camera photographs: Şanlıurfa case study
UĞUR ALGANCI
Doktora
Türkçe
2014
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANKUT ÖRMECİ
- Simulation of water resource recovery facilities with an open source software
Su kaynağı geri kazanım tesislerinin açık kaynak yazılım ile simülasyonu
DOĞA BİNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM KARAHAN ÖZGÜN
- Mevcut betonarme okul binalarında güçlendirme perdelerinin etkinliğinin doğrusal olmayan dinamik analiz ile irdelenmesi
Investigation of the rc infill wall effectiveness in the rehabilitation of existing rc school buildings employing nonlinear dynamic analyses
ORKUN GÖRGÜLÜ
Doktora
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEYZA TAŞKIN AKGÜL