Kalibracija kamere za podvodno snimanje

master's thesis

• Title (english): Underwater Camera Calibration
• Author: Domagoj Zoraja
• Mentor: Tomislav Petković (mentor)
• Committee member: Tomislav Petković (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Davor Petrinović (član povjerenstva)
• Committee member: Marko Subašić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; Zagreb
• Defense date and country: 2021-06-29, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Computing
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering

Abstract

Uobičajeni laboratorijski postav za podvodno snimanje postavlja kameru u zraku tako da snima predmet smješten u spremnik napunjen vodom kroz ravnu staklenu stijenku spremnika. U takvom postavu svjetlost se lomi dvaput, na spojevima zrak-staklo i staklo-voda, i taj lom svjetlosti je optički fenomen koji čini kalibraciju podvodne kamere teškom. Opisana podvodna kamera se može kalibrirati korištenjem standardne ravne kalibracijske ploče. Prvo se provodi standardna kalibracija u zraku kako bi se odredila projekcijska matrica te parametri izobličenja leće. Zatim se kalibracijska ploča potapa u spremnik napunjen vodom, snima se, te se u snimci određuju koordinate točaka kalibracijske ploče. Temeljni dio kalibracijskog postupka se zatim odvija u sljedećim koracima: Prvo, algoritam u osam točaka se koristi za estimaciju esencijalne matrice. Drugo, estimiraju se parametri poze staklenog sučelja obzirom na kameru (rotacija i os). Treće, estimiraju se debljine slojeva zraka i stakla. Naposlijetku, po potrebni se može provesti numerička optimizacija svih estimiranih parametara kako bi se oni poboljšali. Opisani postupak kalibracije implementiran je u MATLAB-u i koristi se za estimaciju parametara oslikavanja našeg laboratorijskog postava za podvodno snimanje. Dobiveni parametri se zatim koriste za vizualizaciju geometrije oslikavanja čime pokazujemo da dobiveni rezultati kalibracije odgovaraju očekivanim vrijednostima.

Abstract (english)

A common laboratory setup for underwater imaging places a camera in the air to capture the image of an object placed in a water-filled tank and observed through a flat glass interface. In such a setup light is refracted twice, at air-glass and glass-water interfaces, and this refraction of light is physical phenomenon which makes the underwater camera calibration difficult. Such an underwater camera may be calibrated using a standard planar calibration object. First, a standard in-air calibration is performed to recover the projection matrix and the distortion parameters of the in-air camera. Next, the calibration board is submerged in thewater-filled tank, is imaged, and coordinates of calibration points on the board are extracted. The core part of the underwater camera calibration then proceeds in the following steps: First, the eight point algorithm is used to estimate the essential matrix. Second, pose parameters of the glass interface w.r.t. the camera (rotation and axis) are estimated. Third, the layer thicknesses are estimated for air and glass. Finally, a numerical optimization of all recovered parameters may be performed to refine them. The described calibration procedure is implemented in MATLAB and is used to recover the imaging parameters of the laboratory setup for underwater imaging. The obtained parameters are used to visualize imaging geometry showing that the calibration results match the expected values.

• Keywords: kalibracija kamere; podvodno oslikavanje; refrakcija svjetla
• Keywords (english): camera calibration; underwater imaging; light refraction
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:032456
• Study programme: Title: Electrical Engineering and Information Technology; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije (magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2023-01-13 16:32:34