Programacion

Algoritmos de autoenfoque para obtención de distancias entre la lente de una cámara y un objeto (Reporte de óptica)



Parámetros de una cámara

Una cámara se compone de parámetros intrínsecos y extrínsecos (internos y externos, respectivamente).

Los parámetros intrínsecos son aquellos que describen el funcionamiento de una cámara, por ejemplo; la distancia focal, el punto principal yel centro óptico. En una cámara CCD (Charge-Coupled Device), los parámetros internos definen las coordenadas en píxeles de un punto en la imagen virtual con respecto a las coordenadas en el cuadro de referencia de la cámara, proporcionando la orientación interna del cuadro, considerando el objetivo de conocer la distancia focal, el punto focal, etc.

Los parámetros extrínsecos de la cámara sonaquellos que definen la posición y la orientación del cuadro de referencia de la cámara con respecto al mundo real, es decir, dan la orientación externa de la cámara [2].

Calibración de cámara

La calibración es un proceso que permite obtener una serie de parámetros que definen la forma en la que una cámara interactúa con el mundo, en el modo en el que se ve afectado por las imperfeccionespresentes en el hardware (lentes, sensores, etc.), y como corregir dichas alteraciones [3].

A partir de un proceso de calibración se puede encontrar la correspondencia entre los puntos de un objeto tridimensional y los puntos bidimensionales de su plano imagen. Para hallar esta correspondencia geométrica se han propuesto diversos modelos, tales como; calibración proyectiva y calibracióneuclidiana. En la calibración proyectiva lo único que se requiere es conocer la transformación de un mismo punto de la escena dentro de una sucesión de imágenes. Mientras que para la calibración euclidiana, se deben calcular los parámetros intrínsecos y extrínsecos del modelo de la cámara a partir de las matrices de rotación y traslación de los objetos en la escena [1].

Para obtener la distancia a partirde la lente de una cámara entre un objeto dado, es necesario primeramente calibrar la cámara, esto se puede llevar a cabo, por ejemplo, utilizando una herramienta de Matlab (Camara Calibration Toolbox for MATLAB). Esta herramienta es un algoritmo para calibración de cámaras de libre distribución y realiza cuatro funciones principales [2].

Otro método de calibración se basa en el algoritmo decalibración de Zhengyou Zhang, el cual proporciona las siguientes ventajas [3]:

Facilidad de implementación: el uso de librerías de visión Open CV permiten su programación sin mucha dificultad.

Sencillez de ejecución: tan solo es necesario realizar varias capturas de un objeto conocido, de manera que éste varíe su posición a lo largo de una serie de fotografías.
Validez de los resultados:los datos arrojados tras la calibración son tan válidos como lo que se obtiene con otros métodos, sin que se requiera un coste computacional elevado o inversión en caros equipos.

Para el proceso de calibración se requiere de un patrón de calibración.

A partir de las imágenes de patrón se consiguen el contorno del objeto mediante operadores de:

Canny
Sobel
Kayyali
Prewit
Roberts

Ypara imágenes binarias, el contorno se puede obtener mediante las siguientes técnicas:

Cuatro vecinos
Ocho vecinos

Distancia cámara – objeto

Cuando se desea conocer la distancia que existe entre la lente de una cámara y un objeto determinado, se recurre al principio básico de formación de una imagen virtual, esto nos dice que la distancia real de los objetos con respecto a la cámaraexiste implícitamente cuando el tamaño de los mismos es conocido, como se ilustra en la siguiente figura [2].


Dónde:

f: es la distancia de la lente al plano de imagen
d: es la distancia de la lente al objeto
L’: es el tamaño del objeto proyectado en el plano de imagen
L: es tamaño real del objeto

Esta es una ley común en óptica, donde la distancia del objeto a la lente determina...