Kalibrierung

Einleitung

In diesem Kapitel finden Sie allgemeine Informationen zur Durchführung der Kamerakalibrierung innerhalb der Konfiguration einer Image Source.

Mit der Kalibrierung soll es möglich sein, die für eine Kamera spezifischen Parameter zu ermitteln, welche benötigt werden, um optische Verzerrungen im Bild mathematisch zu beschreiben und zu korrigieren. Die ermittelten Werte werden gespeichert und können bei jeder weiteren Bildaufnahme mit dieser Image Source verwendet werden, beispielsweise um im Workflow Verzerrungen wie einen Fischaugeneffekt zu entfernen.

Aber: Wenn sich die Kameraposition, das Objektiv oder relevante Bildeinstellungen verändern, dann muss die Kalibrierung erneut durchgeführt werden, da die zuvor ermittelten Werte in diesem Fall nicht mehr korrekt sind und zu fehlerhaften Ergebnissen führen können.

Voraussetzungen für die Kalibrierung

Damit die Kalibrierung durchgeführt werden kann, muss immer eine Konfiguration der Image Source vorhanden sein, sowohl zur Vorbereitung als auch zur Ausführung und Berechnung. Zusätzlich ist erforderlich, dass Sie als aktiver Editor arbeiten und es sich bei der Image Source um den Typ Hardware handelt.

Für die Durchführung der Kalibrierung wird ein physisches Checkerboard benötigt. Die Qualität der späteren Ergebnisse hängt maßgeblich von der Qualität der aufgenommenen Bilder ab, weshalb bereits vor der Kalibrierung auf eine stabile Kameraposition sowie geeignete Bildeinstellungen geachtet werden sollte. Nach erfolgreicher Kalibrierung dürfen diese Einstellungen nicht mehr verändert werden, da dies die ermittelten Werte verfälschen würde.

Aufrufen der Kalibrierfunktion

Die Kalibrierung erfolgt über den Tab Calibration, welchen Sie innerhalb der Konfiguration der Image Source aufrufen können. Dieser Tab ist in mehrere Bereiche gegliedert, die Sie schrittweise durch den Kalibrierprozess führen. In der rechten Seitenleiste nehmen Sie sämtliche Einstellungen vor, die für die Berechnung der Kalibrierparameter notwendig sind.

Vorbereitung der Bilddaten

Zunächst müssen manuell Bilder des Checkerboards aufgenommen und gespeichert werden. Insgesamt sind genau zehn Bilder erforderlich, da die Kalibrierung nur mit dieser Anzahl an Aufnahmen gestartet werden kann. Um möglichst präzise Ergebnisse zu erzielen, sollte das Checkerboard zwischen den einzelnen Aufnahmen mehrfach in seiner Position und Ausrichtung verändert werden.

Achten Sie darauf, dass das Checkerboard vollständig sichtbar und scharf abgebildet ist. Unvollständige, unscharfe oder falsch belichtete Aufnahmen können dazu führen, dass die Kalibrierung fehlschlägt oder ungenaue Ergebnisse liefert.

Kalibriereinstellungen

Nachdem die Bilder aufgenommen wurden, können diese im Bereich Calibration Settings ausgewählt werden. Über den File Picker Dialog wählen Sie genau zehn der zuvor gespeicherten Checkerboard-Bilder aus. Ohne exakt diese Anzahl kann die Kalibrierung nicht gestartet werden.

Zusätzlich geben Sie die Eigenschaften des verwendeten Checkerboards an. Dazu gehören die Anzahl der Quadrate in X- und Y-Richtung sowie die Größe eines einzelnen Quadrats in Millimetern. Diese Angaben müssen exakt mit dem tatsächlich verwendeten Checkerboard übereinstimmen, da falsche Werte zu fehlerhaften oder nicht verwertbaren Ergebnissen führen können.

Optional können Sie festlegen, ob Farbbilder für die Kalibrierung verwendet werden sollen. Die Verwendung von Farbbildern kann die Dauer der Berechnung erhöhen, hat jedoch keinen zwingenden Einfluss auf die Qualität der Ergebnisse.

Starten der Kalibrierung

Sobald alle erforderlichen Einstellungen vorgenommen wurden und alle Angaben vollständig und valide sind, können Sie die Kalibrierung über den gelben Button Calibrate starten. Die Berechnung beginnt unmittelbar nach dem Klick und dauert in der Regel nur wenige Sekunden. Während der Kalibrierung sind keine weiteren Benutzerinteraktionen erforderlich. Der Vorgang kann nicht abgebrochen werden.

Sollte die Kalibrierung nicht gestartet werden können, wird eine Snackbar angezeigt mit der Meldung „Error when trying to start checkerboard calibrate of Image Source“. In diesem Fall sollten Sie überprüfen, ob exakt zehn Bilder ausgewählt wurden, ob die Checkerboard-Parameter korrekt eingetragen sind und ob die verwendeten Bilder das Checkerboard vollständig und ausreichend scharf darstellen.

Kalibrierergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss der Kalibrierung werden die ermittelten Ergebnisse im Bereich Calibration Results angezeigt. Dort sehen Sie zunächst den Zeitpunkt der letzten erfolgreichen Ausführung sowie den berechneten Kalibrierfehler in Form des Error-RNS-Wertes. Ein niedriger Wert deutet dabei auf eine gute Kalibrierqualität hin.

Zusätzlich werden die ermittelten Kameraparameter in Tabellenform dargestellt. Dazu zählen die Parameter fx und fy, welche die Brennweite der Kamera beschreiben, sowie cx und cy, die den Hauptpunkt der Kamera definieren. Ergänzend dazu werden die Verzerrungsparameter angezeigt. Die Parameter k1, k2 und k3 beschreiben die radiale Verzerrung, während p1 und p2 die tangentiale Verzerrung der Kamera abbilden.

Weiterverwendung der Kalibrierparameter

Die ermittelten Kalibrierparameter stehen nach Abschluss automatisch zur Verfügung und können in nachfolgenden Verarbeitungsschritten innerhalb des Workflows verwendet werden, beispielsweise im Knoten Undistort zur geometrischen Entzerrung des Bildes.

Sobald nach der Kalibrierung Änderungen an der Image Source vorgenommen werden, beispielsweise an der Kameraausrichtung oder an relevanten Bildeinstellungen, müssen Sie die Kalibrierung erneut durchführen, um weiterhin korrekte und reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

Hinweise im Bereich Calibration Info

Im unteren Bereich des Tabs Calibration befindet sich zusätzlich der Abschnitt Calibration Info. Dort finden Sie eine integrierte Anleitung, die beschreibt, wie die Kalibrierung durchgeführt wird, worauf besonders geachtet werden sollte und wie sich die bestmöglichen Ergebnisse erzielen lassen.

Diese Hinweise unterstützen Sie insbesondere bei der Auswahl geeigneter Checkerboard-Bilder und der korrekten Parametrierung und dienen als ergänzende Hilfestellung während der Durchführung der Kalibrierung.