27 articles  [version française]
Detailed view PhD thesis
École Nationale Supérieure des Mines de Paris (2011-09-06), Ezio MALIS (Dir.)
Attached file list to this document: 
PDF
salazar.pdf(4.7 MB)
Une approche directe pour l'auto-calibration des caméras catadioptriques omnidirectionnelles centrales
Adan Salazar-Garibay1, 2

Calibrer une camera permet de déterminer les propriétés géométriques qui permettent le processus de formation d'une image. Ce processus a un objectif principal, identifier les coordonnées 3D de chaque points de l'image dans un nouveau référenciel d'image dans lequel les coordonnées de l'image ainsi obtenue en deux dimensions seront exprimées dans une nouvelle unité le pixel. Cette méthode est nécessaire pour restaurer des informations 3D. On peut préciser aussi ,qu'il est indispensable de connaitre la translation et la rotation du capteur vidéo en garantissant l'alignement avec tous les autre paramètres systèmes externes , et aussi évidemment les autres paramètres intrinsèques internes tels que l'optique, longueur des focales, facteurs de magnitude, emplacement des axes d'alignement optique et rétine. Alors en prenant en compte correctement de toutes les conditions précédentes on peut dire de la problématique calibration camera quel est un sujet déjà bien maitrisée, et en cela l'on sait déjà qu'aucunes méthodes ne permet aujourd'hui une robuste auto calibration temps réel et ceci pour chacune des cameras omnidirectionnelles existantes. Les techniques d'auto calibration existantes essaye de calibrer a partir de point de correspondances, de lignes, de cercles, ou encore de spécifiques mouvements de camera. Cependant des résultats intéressants peuvent être obtenus, même si l'autocalibration souffre encore de certaines limites, comme un faible nombre de points fonctionnels, la difficulté de détection des lignes, d'indésirables effets de mouvements camera et de la difficulté de prise en compte de certains types de miroirs. Par conséquence l'objectif de cette thèse est la proposition d'un nouvel algorithme qui permettrait d'éliminer certaines de ces limitations permettant ainsi son utilisation dans différentes applications robotiques ou encore dans d'autre environnement applicatifs pratiques ou l'autocalibration n'a pas encore pénétrée mais ou l'on y trouverait un intérêt certain; cet algorithme fonctionne directement avec l'intensité lumineuse de l'image, en faisant le minimum de d'hypothèses concernant la structure de la scène qui est visualisée et reste valide et utilisable pour tous les systèmes catadioptriques centraux et de fait ne nécessite donc aucunes connaissances antérieures des paramètres intrinsèques et externes. Ainsi, un partie de cette thèse est centrée sur la formalisation de l'unicité de la solution pour résoudre les problèmes de calibration des cameras centrales catadioptrique omnidirectionnelles. Pour la majeur partie de ce travail sur la calibration camera omnidirectionnel, il a été observe ceci, dans le cas de miroirs non planaires, deux images acquises de différents points de vus son suffisantes pour effectuer la calibration de la camera. Cependant, à notre connaissance, aucune démonstration théorique de l'unicité de la solution n'existe. Dans cette thèse le problème de calibration est formalise par l'utilisation d'un model unifie valide pour tous les cameras centrales catadioptrique omnidirectionnelles. Il peut être utilisé avec de cameras traditionnelles quand le miroir planaire est considéré. Il a été aussi montre que l'unicité de la solution peut être dérivé a partir d'un système non linéaire d'équations. Cependant étant donne la complexité pour résoudre ce système d'équations dans un cas général ,cette thèse fait apparaitre l'unicité de solution dans le cas d'un miroir parabolique.
1:  CMA - Centre de Mathématiques Appliquées
2:  INRIA Sophia Antipolis - EVOLUTION
on-line auto-calibration – camera catadioptrique omndirectionelle centrale – suivi visuelle non-calibrée – solution unique

Direct self-calibration of central catadioptric omnidirectional cameras
Calibrating a camera means determining the geometric properties of the imaging process, i.e., the transformation that maps a three-dimensional point, expressed with respect to a reference frame, onto its two-dimensional image whose coordinates are expressed in pixel units. This process is required when recovering 3D information. More precisely, we have to know the translation and rotation of the visual sensor with respect to the rest of the frame system (extrinsic parameters), and the different parameters of the lens, such as focal length, magnitude factors, optical center retinal location (intrinsic parameters). Although the camera calibration problem is well understood, no method allowing the robust on-line self-calibration for any central omnidirectional camera is known. Existing self-calibration techniques attempt to calibrate from point correspondences, lines, circles or a specific camera motion. Even though interesting results can be achieved, self-calibration still suffers from some limitations such as small number of feature points, difficult detection of lines, undesirable camera motion and taking into account a specific mirror. Consequently, the aim of this thesis is to propose a new algorithm that overcomes these limitations and can be adopted by any robotic application or by any other practical implementation in which the calibration process is not straightforward; this algorithm works directly with the image intensity, makes the minimum of assumptions about the particular structure of the scene being viewed, stays valid for all central catadioptric systems and needs no prior knowledge about extrinsic and intrinsic parameters. Also, part of this thesis is dedicated to formalize the uniqueness of the solution for the calibration problem of central catadioptric omnidirectional cameras. For the greatest part of the work on omnidirectional camera calibration it has been observed that, in the case of a non-planar mirror, two images acquired from different points of view suffice to calibrate an omnidirectional camera. However, to our knowledge, no theoretical proof of the uniqueness of the solution has been provided yet. In this thesis the calibration problem is formalized by using a unified model that is valid for all central catadioptric omnidirectional cameras. It can be adopted to traditional cameras when a planar mirror is considered. It is also shown that the uniqueness of the problem can be derived from the solution of non-linear equations. However, due to the complexity of the non-linear equations to be solved for the general case, this thesis devises the uniqueness of the solution for the case a parabolic mirror.
on-line self-calibration – central catadioptric omnidirectional camera – uncalibrated visual tracking – uniqueness of solution