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Calibration of a camera-projector monochromatic system

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Camera–projector systems are increasingly being used in many different applications, including object reconstruction. In recent years, a number of approaches have been proposed to calibrate such devices; in this paper a calibration method is presented which can be used with monochromatic systems. The method is based on open-source code, makes use of planar calibration patterns, is fully automatic, easy to use and fast. Additionally, no initial information regarding the camera interior orientation is needed, and both sensors (camera and projector) are fully calibrated during the process. The method is validated by a series of tests, where root mean square errors (RMSEs) in image space are kept below 1 pixel. Finally, the applicability of the method is demonstrated by implementing two different strategies to automatically reconstruct objects. Resume Les cameras avec projecteur integre sont de plus en plus utilisees pour des applications tres variees, notamment la reconstruction d'objets. Au cours des dernieres annees, un certain nombre d'approches ont ete proposees pour l’etalonnage de ces systemes. Cet article presente une methode d’etalonnage adaptee aux systemes monochromatiques. La methode, basee sur un code source ouvert, fait appel a des modeles plans. Elle est entierement automatique, facile a utiliser et rapide. En outre, aucune information supplementaire concernant l'orientation interne de la camera n'est requise, et les deux capteurs (camera et projecteur) sont entierement etalonnes au cours du processus. La methode est validee en utilisant une serie de tests, ou les erreurs quadratiques moyennes (RMSE) n'excedent pas 1 pixel dans l'espace image. Enfin, l'applicabilite de la methode est demontree par la mise en œuvre de deux strategies differentes pour la reconstruction automatique d'objets. Zusammenfassung Systeme mit einer Kamera-Projektor-Kombination werden fur viele verschiedene Anwendungen eingesetzt, u.a. auch fur die Objektrekonstruktion. In den letzten Jahren wurden eine Anzahl Ansatze vorgeschlagen, um solche Systeme zu kalibrieren. Dieser Beitrag stellt hierzu eine Kalibriermethode vor, die fur monochromatische Systeme nutzbar ist. Die Methode basiert auf Open-Source Code, benutzt ebene Kalibriermuster, ist vollautomatisch, einfach zu bedienen und schnell. Auch wird keine Naherungsinformation fur die innere Orientierung der Kamera benotigt und beide Sensoren (Kamera und Projektor) sind durch diesen Prozess kalibriert. Die Methode wird durch eine Serie von Tests validiert, wobei die RMSE Fehler im Bildraum unter 1 pixel bleiben. Abschliesend wird die Anwendbarkeit der Methode durch die Implementierung zweier verschiedener Strategien zur automatischen Objektrekonstruktion demonstriert. Resumen El uso de los sistemas camara–proyector para diferentes propositos se esta incrementando, incluyendo su uso para la reconstruccion de objetos. En los ultimos anos se han presentado diferentes metodos para la calibracion de dichos dispositivos. El metodo presentado para calibrar sistemas camara–proyector se puede utilizar incluso para sistemas monocromaticos. El metodo esta basado en codigo libre, utiliza patrones planos, esta totalmente automatizado, y es rapido y facil de utilizar. Ademas, no se necesita informacion adicional sobre la calibracion interna de la camara, ya que ambos sensores se calibran durante el proceso. Tambien mostramos la validacion del metodo mediante una serie de pruebas, donde los errores medio cuadraticos (RMSEs) en el espacio imagen se mantienen por debajo de 1 pixel. Finalmente, mostramos la aplicabilidad de la metodologia mediante la implementacion de dos estrategias diferentes para la reconstruccion automatica de objetos. 摘要 摄像投影机系统在包括目标重建等很多领域得到应用。近年来,针对摄影投影机系统的提出了很多检校算法,本文提出一种针对全色摄像投影机传感器系统的检校方法。该方法基于开源代码,采用平面标定模式,是一种易用、快速算法,且该方法并不需要相机的内方位元素,且能够同时进行校准相机和投影仪两个传感器。系列试验结果表明,像方的均方根误差都在一个像素之内,最终该方法的应用是通过实施两种不同的策略来进行自动目标重建被验证的。