如何校正镜头失真：Amped FIVE中的相机校准

随着新的相机校准滤镜的推出，Amped FIVE中校正镜头失真的能力最近得到了增强。相机校准支持如"去失真"和"校正鱼眼"等滤镜，提供了更精细的控制和灵活性，特别是在便携式相机或复杂场景中。

为什么相机校准很重要？

确保视觉真实性是呈现视频证据的重要组成部分。因此，在校正场景数字表示中的镜头失真过程是法医视频技术人员和分析师最常用的恢复功能之一。

形状、大小和距离感知都会受到镜头失真的严重影响。此外，如果不确保场景和物体的真实性，后续用于比较或测量的分析将完全不可靠。

其他视觉恢复方法有哪些？

所有用于恢复镜头失真的滤镜都可以在"编辑"类别下找到。最基本的是"去失真"滤镜。

使用Amped FIVE中处理宽高比的训练样本之一，我们按正确顺序应用了所需的滤镜来恢复交错细节，然后校正宽高比错误。

遵循图像生成模型，我们现在必须恢复由镜头引起的几何失真。

很容易看到两个垂直角落以及天花板上的曲线。实际上，这些应该是直的。

因此，我们使用这些线的决定是客观的。我们不是主观猜测，而是使用场景中已知是直的物体，并告知软件应该校正这些曲线。

将线数据应用到滤镜后，视图得到恢复。

有时"去失真"可能不适用，或者您需要更精细的控制。对于这些情况，可以使用"校正鱼眼"滤镜。

在下一张图像中，我们可以看到，在评估"去失真"的结果后，视野底部桌子的直边现在进一步失真。

使用"校正鱼眼"，然后再次选择场景中已知的直边，可以得到校正后的视图。

“校正鱼眼"的另一个重要好处是能够根据调查需求上下移动和旋转视图。

在之前的两个滤镜中，都选择了场景中具有已知直线的物体，并根据输入的参数校正了视图。

可能可以将带有直线的物体放入场景中，然后使用这些线。常用的物体是针板，如下所示，选择可能的线来校正失真。

然而，使用这些滤镜时需要考虑一些事项。

是您，用户，决定使用哪些线进行校正。因此，不同的用户可能选择不同的线，结果会略有不同。随后的测量将受到这些差异的影响。

只使用单个帧，且选择的线可能没有均匀分布在视野中。关于线，我们来到最后一点。可能很难选择线，而且在许多地方，场景中可能根本没有线。

如果我们能够将许多直线放入场景中，软件可以自动识别这些线。这将有助于解决与恢复镜头失真相关的一些挑战。

这就是相机校准的用武之地，并将我们很好地引向本文的目的：“如何操作”。

如何使用相机校准？

校准过程分为两部分。它允许在不同项目中创建相机配置文件的灵活性，然后在后续案例项目中加载这些创建的配置文件。

• 创建相机校准：允许创建相机配置文件
• 加载相机校准：允许加载先前创建的相机配置文件

使用我们在发布文章中看到的相同场景，这里有一个从骑自行车者的GoPro在事件前记录的场景。几乎没有直边，镜头失真难以可视化。

使用具有相同设置的相机，我们可以记录一小段测试镜头，捕捉打印的网格。

确保设置相同非常重要。通过识别证据镜头的大小，然后在相机上选择这些设置，像素分辨率相当容易匹配。然而，镜头设置可能不可用。对于运动相机和行车记录仪等相机，可能有超广角、动作或线性等选项。如果镜头设置未知，那么记录几段不同的测试镜头，使用所有可用的镜头模式将是有益的。

对于这种情况，网格不必那么大，因为我们可以手持相机并在网格周围移动。您可以在这里找到一个好的网格示例。将棋盘格打印在坚硬的平坦表面上非常重要，这样它就不会弯曲。

在网格周围移动相机，从所有角度捕捉它。

此测试镜头的导出必须以与证据片段相同的方式进行。一些相机具有保存到手机的功能。如果在证据镜头中选择了该功能，则应使用相同的过程。

将此镜头视为证据项以保持其完整性。对相机使用、设置和测试记录的获取方法做完整、简明的记录。

如果使用静态CCTV相机，并且您在场景周围移动了网格，则此镜头的获取应以与原始证据相同的方式进行。

将此测试镜头加载到Amped FIVE后的第一个任务是最小化校准所需的帧数。可能可以使用单帧。但是，最好使用小范围的帧，或者如本示例中，使用稀疏选择器在不同位置获取帧。所选帧应包含整个网格，对焦清晰，无运动模糊。

这里我们选择了六帧。

使用具有不同视角、网格大小和视野内位置的多个帧，允许软件计算更复杂的失真。当光轴不在图像中心时，这种方法特别有助于计算校正。

我们现在可以选择新的"创建相机校准"滤镜。

如您所见，从"测试图案"选项卡中，支持不同的图案尺寸。对于手持相机，较小的板（如A4或US Letter）通常就足够了。但是，当对静态相机进行相机校准时，将需要更大的板以确保在捕获和压缩后足够多的网格可复制。

在静态相机的视野内移动较大的板

宽度和高度参数代表水平和垂直线的内角。在我们的测试镜头中，板宽度为"9”。

现在让我们单击"应用"，在使用默认设置评估结果后，我们将查看其他选项卡。

失真与校正

由于只选择了所需的帧，计算非常快，结果最初看起来很有希望。

首先要检查的事情之一是点是否已被识别。在"输出"选项卡中，将输出模式更改为"原始"。

然后，转到"测试图案"选项卡并勾选"显示实时点"框。

这是验证软件是否正确识别网格的好方法。

我们现在可以进行一些调整或查看其他选项。

为了更好地可视化校正，值得增加画布大小。如果需要，您可以稍后减小它。滑块在"输出"选项卡下。

这使我们能够观察帧的边缘。通过这个镜头，现在可以识别左右地板面板仍然有轻微的曲率。

这是查看"校准模型"选项卡下参数的好机会。

在"失真类型"下，我们有三种替代的数学模型，它们在计算中使用多项式来校正失真。多项式是由变量、系数以及加法、减法、乘法和非负整数指数运算组成的数学表达式。本质上，它是项的总和，其中每个项是系数（数字）和变量的乘积。

多项式

多项式模型使用多项式表示径向失真。该模型主要用于校正少量的桶形和枕形失真。

有理数（默认）

有理数模型使用有理函数（多项式之比）表示径向失真，比简单多项式模型提供更准确的表示，特别是对于广角镜头。

鱼眼

鱼眼模型使用进入相机的光线角度的多项式函数，而不是径向距离的多项式函数。这允许校正具有非常大视野（可能180度或更多）的镜头的径向失真。

接下来，有一个用于固定主点的复选框。当复选框激活时，模型假设图像的光学中心与图像的中心像素重合，这可能会加快计算速度。

在高质量相机中，制造过程通常确保传感器和镜头之间的非常精确的对齐。相比之下，廉价的大规模生产的CCTV相机可能遭受镜头放置错误，其中中心点可能不准确。

同样重要的是要记住，每当您裁剪图像时，您隐式地将光学中心移离图像中心。除非，当然，您进行"中心裁剪"，这意味着在图像的顶部和底部以及右侧和左侧移除相同数量的行。但是，在相机校准之前裁剪通常不推荐。

最后，您有各种系数参数。

正如我们所说，多项式是项的总和。通过调整这些参数，您指示滤镜多项式、有理数或鱼眼模型必须使用多少项。

对于有理数模型，分子和分母系数在滑块范围内可调。对于多项式模型，仅使用分子滑块。

最后，鱼眼模型使用自己的一组系数。

在许多情况下，默认设置将导致校正后的视图。然而，正如我们所发现的，此示例中的默认设置仍然有轻微的曲率。

在此示例中，将分母增加到"3"产生了更好的结果。但是，作为一般规则，我们建议使用导致满意校正的最小系数数量。使用比需要更多的系数可能导致模型"过拟合"棋盘格区域，因此在图像的其他区域表现较差。

过拟合结果通常很容易看到，因为图像的角落"包裹"并反射实际上更靠近中心的图像部分。

重要提示：“创建相机校准"不是自动应用滤镜。这意味着，每次切换到"失真类型"中的不同模型时，请记住单击"应用”。然后，转向编辑系数数量。这将确保您只编辑新选择的失真模型实际使用的参数。

在保存此校准配置文件之前，我们将简要查看滤镜计算的数学数据，这些数据将用于失真校正。

这是"加载相机校准"滤镜将使用的数据。

回到"输出"选项卡，我们可以将其重命名并保存为AFCC文件。

保存用于校准的项目后，现在让我们加载包含骑自行车者记录的镜头的Amped FIVE项目。

加载相机校准

我们可以使用"加载相机校准"滤镜将.afcc文件加载到链中。您当然可以将所有内容放在同一项目中，但这不是必需的。

让我们集中在此选项卡上，我们选择文件，然后是一些基本的呈现参数。应用滤镜后，我们使用棋盘格计算的相机校准配置文件应用于事件镜头。

这里我们可以看到前后视图。

对于具有大视野的静态相机，您可能希望利用"后投影"选项卡中的后投影调整能力。这与我们之前在"校正鱼眼"选项卡中看到的相同。这将完全取决于恢复的要求以及事件在视野中发生的位置。

使用测试镜头的后投影示例

这些新滤镜是对当前镜头校正功能的有力补充，特别是对于运动相机、行车记录仪和随身摄像机（BWV）。

各种不同大小的棋盘格现在将是您现场工具包的宝贵补充，以及宽高比球体、像素板、高度图表和测量设备。

许多情况可能需要测试和评估。特别是那些利用多传感器相机，然后将它们拼接在一起以获得超宽视野的相机系统。

这些是2个相机，可能必须这样处理。

结论

我们希望您喜欢这次关于新相机校准滤镜使用的介绍。我们正在不断开发滤镜内的功能，因此请继续关注未来的Amped FIVE更新以获取进展。