Evaluation method for stereo camera accuracy in augmented reality

Abstract

Lisätyn todellisuuden sovelluksissa optinen paikantaminen on usein tapahtunut käyttäen yhtä kameraa. yhden kameran avulla tapahtuva paikannus on usein perustunut markkereiden käyttöön kun taas stereokamerat mahdollistavat markkerittoman paikannuksen. Stereokameran käyttö mahdollistaa 3D- koordinaattien määrittämisen kahden kameran yhteisestä kuva-alasta. Etäisyyksien mittaaminen perustuu parallaksin havaitsemiseen, samaan tapaan kuin ihminen hyödyntää sitä arvioidessaan etäisyyksiä. Työssä stereokameran vaatimukset johdetaankin ihmisen näköjärjestelmästä. Näköjärjestelmästä huomioitiin erityisesti stereonäön ominaisuudet ja stereonäköön perustuvasta syvyysresoluutiosta johdettiin vaatimukset stereokameran syvyysresoluutiolle.

Tutkimuksen tavoite on kehittää mittausmenetelmä stereokameran tarkkuuden arvioimiseksi lisätyn todellisuuden sovelluksia varten. Työn kirjallisuusosassa esitellään stereokameroiden parametrit ja niiden vaikutus tarkkuuteen arvioidaan. Työn kokeellisessa osassa luotiin mittausmenetelmä stereokameran syvyystarkkuuden määrittämiseksi. Menetelmä mahdollistaa (a) kalibroinnin verifioinnin, (b) etäisyysmittauksen tarkkuuden määrittämisen ja (c) syvyysresoluution määrittämisen. Esitetyllä menetelmällä havaitaan virheellinen ja epätarkka kameroiden kalibrointi. Kalibroinnin virheellisyyttä ei pystytty arvioimaan yksittäisten parametrien virherajoista. Syvyysresoluution mittaamiseksi työssä esitellään uudenlainen menetelmä, joka perustuu eri etäisyyksillä olevien tasojen havaitsemiseen. Menetelmällä tutkitaan kuinka hyvin tasoja pystyään erottamaan toisistaan. Verrannollisten erojen arvioiminen on tärkeää lisätyn todellisuuden sovelluksissa, koska ihminenkin havaitsee syvyyserot verrannollisesti toisiin objekteihin.

Luodulla mittausmenetelmällä tutkittiin kahden kameraparametrin, polttovälin ja kannan, vaikutusta stereokameran syvyystarkkuuteen. Polttovälillä oli suurempi merkitys kameran syvyystarkkuuteen kuin kuvakannalla. Kuvakanta vaikutti ainoastaan syvyysresoluutioon, kun taas polttovälillä oli merkitystä sekä syvyysresoluutioon että etäisyysmittojen tarkkuuteen. Stereokamera ei tuottanut tarkempia tuloksia etäisyyden mittaamisessa kuin yhden kameran avulla tapahtunut mittaaminen. Toisaalta mittausmenetelmät ovat hyvin erilaiset, eikä yhden kameran syvyysresoluutiota arvioitu tässä tutkimuksessa.