Odhad pózy kamery z přímek pomocí přímé lineární transformace

Abstract

Tato disertační práce se zabývá odhadem pózy kamery z korespondencí 3D a 2D přímek, tedy tzv. perspektivním problémem n přímek (angl. Perspective- n -Line, PnL). Pozornost je soustředěna na případy s velkým počtem čar, které mohou být efektivně řešeny metodami využívajícími lineární formulaci PnL. Dosud byly známy pouze metody pracující s korespondencemi 3D bodů a 2D přímek. Na základě tohoto pozorování byly navrženy dvě nové metody založené na algoritmu přímé lineární transformace (angl. Direct Linear Transformation, DLT): Metoda DLT-Plücker-Lines pracující s korespondencemi 3D a 2D přímek a metoda DLT-Combined-Lines pracující jak s korespondencemi 3D bodů a 2D přímek, tak s korespondencemi 3D přímek a 2D přímek. Ve druhém případě je redundantní 3D informace využita k redukci minimálního počtu požadovaných korespondencí přímek na 5 a ke zlepšení přesnosti metody. Navržené metody byly důkladně testovány za různých podmínek včetně simulovaných a reálných dat a porovnány s nejlepšími existujícími PnL metodami. Metoda DLT-Combined-Lines dosahuje výsledků lepších nebo srovnatelných s nejlepšími existujícími metodami a zároveň je značně rychlá. Tato disertační práce také zavádí jednotný rámec pro popis metod pro odhad pózy kamery založených na algoritmu DLT. Obě navržené metody jsou definovány v tomto rámci.

This thesis is concerned with camera pose estimation from correspondences of 3D/2D lines, i.e. with the Perspective- n -Line (PnL) problem. Attention is focused on large line sets which can be efficiently solved by methods using linear formulation of PnL. Up to date, methods working only with point-line correspondences were known. Motivated by this, two novel methods based on the Direct Linear Transformation (DLT) algorithm are proposed: DLT-Plücker-Lines working with line-line correspondences and DLT-Combined-Lines working with both point-line and line-line correspondences. In the latter case, the redundant information reduces the minimum of required line correspondences to 5 and improves accuracy of the method. The methods were extensively evaluated and compared to several state-of-the-art PnL methods in various conditions including simulated and real-world data. DLT-Combined-Lines achieves results similar to or better than state-of-the-art, while it is still highly efficient. In addition, the thesis introduces a unifying framework for DLT-based pose estimation methods, within which the proposed methods are presented.