Zincir eğrisi ve ivmeölçer kullanarak kamera kalibrasyonu
Camera calibration using catenary and accelerometer
Yazar: OKAY ARIK
Danışman: DOÇ. DR. SENİHA ESEN YÜKSEL ERDEM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Görüntü işleme = Image processing ; Otomatik odaklama = Automatic focusing ; Sayısal fotogrametri = Digital photogrametry ; Sayısal kameralar = Digital cameras ; İvmeölçer = Accelerometer

Özet:
Kameralar gerçek uzayı görüntü düzlemine yansıtan algılayıcılardır. Bu yansıtımı belirleyen, kamerada içkin olan belirli parametrelerin kamera kalibrasyonu aracılığıyla saptanması, görüntüdeki noktaların açısal ilişkilerini hesaplamaya ve uzamsal ölçümler yapmaya olanak tanır. Bu amaç için fiziksel ölçüleri bilinen nesnelerden yararlanılır. Bu nesnelerin ulaşılabilir malzemelerle kolayca üretilebilir olması ve az yer kaplaması bir üstünlüktür. Bu doğrultuda malzeme olarak yalnızca bir zincirin kullanıldığı özgün bir kalibrasyon yöntemi tez içerisinde önerilmiştir. İki ucundan asılan bir zincir, yerçekimi altında zincir eğrisi adında düzlemsel bir bölge oluşturmaktadır. Daha geniş düzlemsel bölgeler oluşturmak için yalnızca zincirin uzunluğunu artırmak yeterli olduğundan yöntem kalibrasyonda odaksızlık sorununu da çözmektedir. Yapılan kalibrasyonlarda yaygın olarak kullanılan dama tahtası ile benzer keskinlikte sonuçlar elde edilmiştir.
Diğer yandan mobil cihazlar gibi kamera donanımına sahip aygıtlar, yerçekimi doğrultusunu algılayan ivmeölçer de barındırırlar. Görüntüdeki dikey ya da yatay yapılarla ivmeölçerden edinilen yerçekimi yönü arasındaki ilişkiden yola çıkarak ikinci bir özgün kalibrasyon yöntemi tez içerisinde önerilmiştir. Dışsal bir nesneye gereksinim duymaması önerilen yöntemin uygulanabilirliğini artırmıştır. Önerilen yöntemle elden edilen sonuçların keskinliğinin yaygın olarak kullanılan ve son yıllarda geliştirilen yöntemlerin üzerine çıktığı görülmüştür.

Abstract:
A camera is a sensor which projects the real world to the image plane. Estimation of the parameters embedded on the camera via camera calibration enables computation of the angular distance and spatial measurements between the points in the image. A particular object with known dimensions can be used for this purpose. Producing these objects practically with available materials is an advantage. From this point of view, we proposed a novel camera calibration method using only a hanging chain. Under gravity, a hanging chain fits a special curve called catenary and creates a planar area. By using a longer chain, this planar area can be enlarged. Thus the proposed method also solves out-of-focus problem in calibration. The proposed method is as accurate as the widely-used checkerboard in calibration. On the other hand, camera-integrated smart systems like mobile devices have an accelerometer. By using the connection between arbitrary vertical or horizontal structures in the image and the direction of gravity provided by the accelerometer, yet another novel camera calibration method is proposed in the dissertation. Being free from an external calibration object makes the proposed method more practical. The accuracy of the proposed method is superior to the widely-used and also recent methods.