camera calibration과 왜곡 보정 (2)

이전 포스팅에서는 핀홀 카메라를 기준으로 캘리브레이션을 수행했었는데, 화각이 넓은 어안 카메라(fisheye camera)의 경우 조금 다른 방식으로 intrinsic parameter를 구하게 된다.

opencv의 fisheye module에서 어안 카메라의 캘리브레이션 과정을 지원하고 있으며, 이 방식대로 캘리브레이션을 수행해 보겠다.

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fisheye camera calibration

fisheye camera에서의 intrinsic parameters는 K와 D가 있다.

캘리브레이션(calibration)

본 캘리브레이션 과정에서도 약 20장 정도의 10 * 15 체커보드 이미지를 촬영하여 사용하였는데, 테두리 부분을 제외하고 CHECKERBOARD = (14, 9) 로 표시한다.

(처음에 15, 10 했다가 안되길래 한참 헤맸다.. 꼭 체크 개수 -1 씩 해줘야 함 !!!😖)

import cv2
assert cv2.__version__[0] == '3', 'The fisheye module requires opencv version >= 3.0.0'
import numpy as np
import os
import glob
CHECKERBOARD = (14,9)
subpix_criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_EPS+cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER, 30, 0.1)
calibration_flags = cv2.fisheye.CALIB_RECOMPUTE_EXTRINSIC+ 
											cv2.fisheye.CALIB_CHECK_COND+cv2.fisheye.CALIB_FIX_SKEW
objp = np.zeros((1, CHECKERBOARD[0]*CHECKERBOARD[1], 3), np.float32)
objp[0,:,:2] = np.mgrid[0:CHECKERBOARD[0], 0:CHECKERBOARD[1]].T.reshape(-1, 2)
_img_shape = None
objpoints = [] # 3d point in real world space
imgpoints = [] # 2d points in image plane.
images = glob.glob('./cali_images/*.jpg')
for fname in images:
    img = cv2.imread(fname)
    if _img_shape == None:
        _img_shape = img.shape[:2]
    else:
        assert _img_shape == img.shape[:2], "All images must share the same size."
    gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    # Find the chess board corners
    ret, corners = cv2.findChessboardCorners(gray, CHECKERBOARD, 
cv2.CALIB_CB_ADAPTIVE_THRESH+cv2.CALIB_CB_FAST_CHECK+cv2.CALIB_CB_NORMALIZE_IMAGE)
    if ret == True:
        objpoints.append(objp)
        cv2.cornerSubPix(gray,corners,(3,3),(-1,-1),subpix_criteria)
        imgpoints.append(corners)
N_OK = len(objpoints)
K = np.zeros((3, 3))
D = np.zeros((4, 1))
rvecs = [np.zeros((1, 1, 3), dtype=np.float64) for i in range(N_OK)]
tvecs = [np.zeros((1, 1, 3), dtype=np.float64) for i in range(N_OK)]
rms, _, _, _, _ = \
    cv2.fisheye.calibrate(
        objpoints,
        imgpoints,
        gray.shape[::-1],
        K,
        D,
        rvecs,
        tvecs,
        calibration_flags,
        (cv2.TERM_CRITERIA_EPS+cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER, 30, 1e-6)
    )
print("Found " + str(N_OK) + " valid images for calibration")
print("DIM=" + str(_img_shape[::-1]))
print("K=np.array(" + str(K.tolist()) + ")")
print("D=np.array(" + str(D.tolist()) + ")")

왜곡 보정(undistort)

def undistort(image, balance=0.0, dim2=None, dim3=None):
    dim1 = image.shape[:2][::-1] 
    assert dim1[0]/dim1[1] == DIM[0]/DIM[1], 
    if not dim2:
        dim2 = dim1
    if not dim3:
        dim3 = dim1
    scaled_K = K * dim1[0] / DIM[0] 
    scaled_K[2][2] = 1.0 
    new_K = cv2.fisheye.estimateNewCameraMatrixForUndistortRectify(scaled_K, 
   									 D,dim2, np.eye(3), balance=balance)
    map1, map2 = cv2.fisheye.initUndistortRectifyMap(scaled_K, D, 
    									np.eye(3), new_K,dim3, cv2.CV_16SC2)
    undistorted_img = cv2.remap(image, map1, map2,
    				interpolation=cv2.INTER_LINEAR, borderMode=cv2.BORDER_CONSTANT)
                    
    cv2.imshow("undistorted", undistorted_img)
    cv2.waitKey(0)
    cv2.destroyAllWindows()

calibration에서 검출된 파라미터들을 위에서 정의한 후, undistort 함수를 사용하면 왜곡이 보정된 이미지를 획득할 수 있다. 내가 테스트한 카메라의 파라미터는 다음과 같이 나왔다.

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DIM=(1920, 1080)
K=np.array([[1041.721033566984, 0.0, 982.4318615455983], [0.0, 1041.0260709694585, 431.8071863472761], [0.0, 0.0, 1.0]])
D=np.array([[-0.07960228346280786], [0.4447533452768294], [-1.6226455570763598], [1.907617662076584]])

왼쪽이 보정 전, 보정 후의 이미지인데 노란 선 부분과 검은색 판의 곡선 부분이 많이 개선된 것을 볼 수 있다.