ES2971694T3 - Método para un sistema de cámara estereoscópica para detectar desviaciones de una calibración y sistema de cámara estereoscópica del mismo - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para un sistema de cámara estéreo (1) para detectar divergencias a partir de una calibración, en donde el sistema de cámara estéreo (1) tiene una primera cámara (K1) y una segunda cámara (K2), en donde las cámaras (K1, K2) están dirigidos a un campo objetivo (ZF) desde diferentes direcciones de visión, teniendo los pasos de: - grabar (100) una primera imagen del campo objetivo (ZF) por medio de la primera cámara (K1) del sistema de cámara estéreo (1), - grabar (200) una segunda imagen del campo objetivo (ZF) por medio de la segunda cámara (K2) del sistema de cámara estéreo (1), - determinar (225) un punto de examen, - calcular (300) una primera línea de visión (S1) de la primera cámara usando la calibración almacenada de la primera imagen y la segunda imagen en relación con el punto de examen determinado, - calcular (400) una línea de visión (S2) de la segunda cámara usando la calibración almacenada de la primera imagen y la segunda imagen en relación con el punto de examen determinado, - determinar (500) una distancia de la primera línea de visión (S1) desde la segunda línea de visión (S2), - comparar (600) la distancia (d) con un valor predeterminado, en donde si la distancia (d) es mayor que un valor predeterminado, se indica una calibración errónea (700), caracterizado porque - en el caso de una calibración errónea al menos un parámetro de calibración es se cambia (800) y luego se calculan nuevamente una primera línea de visión (S1) y una segunda línea de visión (S2), en donde entonces se calcula una distancia de la primera línea de visión (S1) desde la segunda línea de visión (S2). determinada de nuevo, en donde si la distancia ahora determinada es menor que la distancia determinada previamente entonces el parámetro de calibración modificado se adopta para mediciones posteriores. La invención también se refiere a un sistema de cámara estéreo que tiene un dispositivo de procesamiento de imágenes configurado para llevar a cabo un método según una de las reivindicaciones de la invención. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para un sistema de cámara estereoscópica para detectar desviaciones de una calibración y sistema de cámara estereoscópica del mismo

La invención se refiere a un método para un sistema de cámara estereoscópica para detectar desviaciones de una calibración y un sistema de cámara estereoscópica del mismo.

Antecedentes

En general, los sistemas de cámaras estereoscópicas se utilizan en diversas aplicaciones. A continuación, sólo se aborda el uso por parte de los optometristas como ejemplo de otras aplicaciones para explicar los problemas.

El ajuste de las gafas a la cara del usuario desempeña un papel decisivo en la fabricación de lentes de gafas personalizadas para el usuario.

Con un sistema de centrado por video 3D, por ejemplo el Rodenstock ImpressionIST®, se pueden recoger los datos de medición importantes.

Para ello, un usuario se mira en el espejo montado delante de un sistema de cámara estereoscópica. El usuario es captado por dos cámaras desde dos perspectivas.

Estas imágenes pueden utilizarse para medir parámetros de la cara en combinación con una montura seleccionada, como la distancia entre las pupilas y su diámetro.

El optometrista puede enviar los resultados de la medición al solicitante junto con un pedido y los resultados de una prueba de visión normal.

Los datos transmitidos de este modo se utilizan para calcular las lentes de gafas personalizadas para el usuario, que en el mejor de los casos se adaptan perfectamente a los ojos del usuario en cada punto de visión individual.

Para que los sistemas de cámara estereoscópica proporcionen resultados de medición significativos, los sistemas deben calibrarse.

Para ello, estos sistemas se calibran con cuerpos de calibración, por ejemplo placas, en los que hay varios patrones cuyo tamaño y distancias son conocidos. Esto permite determinar los parámetros internos (por ejemplo, tamaño del sensor, longitud de enfoque, distorsión del objetivo, etc.) y externos (distancia y orientación de las cámaras entre sí) de la cámara.

El documento US2013/0010084 A1 divulga un sistema de cámara estereoscópica para corregir un desplazamiento entre las imágenes izquierda y derecha causado por un desplazamiento entre los ejes ópticos de las cámaras estereoscópicas que utilizan un objeto objetivo.

El documento US2008/0239064 A1 divulga un sistema de cámara estereoscópica para ajustar los ejes ópticos basándose en imágenes de un objeto.

Sin embargo, el sistema puede cambiar después de la calibración por varias razones. Esto se aplica en particular a los parámetros externos, que pueden cambiar debido a influencias ambientales (por ejemplo, fuerzas mecánicas sobre los soportes de la cámara, dilatación térmica, vibraciones, etc.).

Una calibración incorrecta es a veces difícil de detectar si los resultados de medición del sistema de cámara estereoscópica son incorrectos pero plausibles.

En la técnica anterior, la recalibración requiere una nueva medición con uno o más calibradores conocidos. Esto suele ir asociado a un mantenimiento costoso y lento. Las calibraciones incorrectas también dan lugar a productos defectuosos (por ejemplo, lentes de gafas).

La invención se basa en el objetivo de proporcionar un método que pueda reconocer una desviación de la calibración y, por lo tanto, sólo indique una recalibración que se considere necesaria en el caso de una desviación dada, y realice esta recalibración.

El objetivo se resuelve mediante un método de acuerdo con la reivindicación principal y un sistema de cámara estereoscópica de acuerdo con una reivindicación secundaria.

En las figuras se muestra:

La Figura 1 es una estructura esquemática de un sistema de cámara estereoscópica para el uso de los métodos de acuerdo con la invención,

la Figura 2 es una representación esquemática de las líneas de visión en el espacio tridimensional y su distancia entre sí, y

la Figura 3 es un diagrama de flujo ilustrativo de acuerdo con realizaciones de la invención.

A continuación se describirá con más detalle la invención (con referencia a las figuras).

Además, en aras de la simplicidad, en lo sucesivo sólo se hará referencia a una entidad. A menos que se indique explícitamente, la invención también puede comprender varias de las entidades en cuestión. En lo que respecta a lo anterior, el uso de las palabras "un", "una" y "uno" sólo debe entenderse como una indicación de que se utiliza al menos una entidad en una realización simple.

Los datos con valores numéricos no deben entenderse en general como valores exactos, sino que incluyen también una tolerancia de /-1 % hasta /-10 %.

Las referencias a estándares o especificaciones o normas deben entenderse como referencias a estándares o especificaciones o normas en vigor en el momento de la solicitud y/o, si se reivindica la prioridad, en el momento de la solicitud de prioridad. Sin embargo, esto no debe entenderse como una exclusión general de la aplicabilidad a normas, especificaciones o estándares posteriores o que los sustituyan.

En un método de acuerdo con la invención, se supone que un sistema de cámara estereoscópica 1 es el sensor de medición. Como se muestra en la Figura 1, el sistema de cámara estereoscópica 1 tiene una primera cámara K1 y una segunda cámara K2. El sistema de cámara estereoscópica 1 puede disponer de un dispositivo de evaluación adecuado (integrado o externo). Este dispositivo de evaluación puede diseñarse, por ejemplo, como una PC u ordenador portátil, etc., convencional. El dispositivo de evaluación puede tener uno o más procesadores CPU, que pueden recibir datos de imagen de la primera cámara K1 y de la segunda cámara K2 simultánea o sucesivamente. Al procesador o procesadores CPU se le asigna al menos una memoria MEM, que puede almacenar datos para su procesamiento. Además, el dispositivo de evaluación tiene al menos una opción para mostrar y opcionalmente una opción para recibir la interacción del usuario, que se indica conjuntamente en la figura como interfaz gráfica de usuario GUI. Sin embargo, la ejecución real no se limita a esto, sino que puede referirse a todos los medios adecuados para emitir datos y recibir la interacción del usuario. Además, la unidad de evaluación puede tener una (o más) interfaces de comunicación I/O para la comunicación con dispositivos remotos. La interfaz de comunicación de I/O puede utilizarse, por ejemplo, para enviar datos de medición a un fabricante de lentes oftálmicas o para enviar datos de medición o resultados de comprobaciones de calibración. La interfaz de comunicación de I/O puede ser por cable o inalámbrica.

La primera cámara K1 y la segunda cámara K2 se dirigen hacia un campo objetivo ZF con diferentes direcciones de visualización.

Cuando es utilizado por un optometrista, el campo objetivo ZF puede ser la cara de un cliente/paciente.

En un método de acuerdo con la invención, que puede implementarse tanto en hardware como en software, así como en formas mixtas de los mismos, en una primera etapa 100 se captura una primera imagen del campo objetivo ZF mediante la primera cámara K1 del sistema de cámara estereoscópica 1, y en la etapa 200 se captura una segunda imagen del campo objetivo ZF mediante la segunda cámara K2 del sistema de cámara estereoscópica 1.

Como se entenderá, las etapas 100 y 200 también pueden realizarse en orden inverso o simultáneamente. Cuando se adquieren imágenes una tras otra, el tiempo entre cada una de ellas debe ser breve para que los movimientos del cliente/paciente no introduzcan errores en los datos. Por lo tanto, se prefiere que las etapas 100 y 200 se lleven a cabo lo antes posible, idealmente al mismo tiempo.

A continuación se determina un punto seleccionado en las imágenes en la etapa 225. Este punto seleccionado también se determina a continuación como punto de examen. Cabe señalar que también se puede determinar un gran número de puntos de examen. En este caso, las etapas siguientes también pueden realizarse en paralelo, con un retardo de tiempo o consecutivamente para otros puntos de examen.

La determinación puede realizarse de forma manual, semimanual o automática. Con una selección manual o semimanual, por ejemplo, las imágenes capturadas pueden mostrarse en la interfaz gráfica de usuario y el usuario, por ejemplo un optometrista, puede determinar uno (o varios) puntos de examen. Con una selección semimanual o una selección automatizada, el punto de examen puede ser confirmado y/o desplazado por un usuario en una etapa 250.

En realizaciones de la invención, se puede proporcionar además que se utilicen algoritmos de reconocimiento de imágenes para determinar uno o más puntos de examen. Los puntos distintivos pueden ser, por ejemplo, partes prominentes de la cara, una pupila del cliente/paciente, un punto prominente de una montura de gafas o un cuerpo de calibración proporcionado para la calibración. En realizaciones de la invención, el campo objetivo ZF comprende al menos una parte de una cara de un ser humano. Esto permite prescindir de los cuerpos de calibración.

Debe tenerse en cuenta que las imprecisiones al encontrar un punto de examen también podrían aumentar la distancia específica de las líneas de visión y, por lo tanto, el valor límite debe ajustarse (posiblemente fijarse más alto) para garantizar que este sistema no tenga un error de calibración mayor. Sin embargo, también puede utilizarse un gran número de puntos y una distancia media puede servir como criterio de calidad. En un caso especial, por ejemplo, una o ambas pupilas se utilizan como puntos distintivos, o pequeños detalles de la montura o de la cara (por ejemplo, letras en la montura o en las lentes de apoyo o pigmentos o manchas en la cara), y la distancia del punto o puntos seleccionados en la imagen de la cámara lateral con respecto a la línea de visión proyectada calculada en esta imagen a partir de la calibración desde el punto distintivo seleccionado en la primera imagen se utiliza como característica de calidad. Esta distancia es proporcional a la distancia entre las dos líneas de visión en el espacio 3D y se mide en píxeles.

En realizaciones de la invención, se puede proporcionar además que el punto de examen pueda ser confirmado y/o desplazado por un usuario. Esto significa, por ejemplo, que el usuario puede corregir una asignación errónea de un punto destacado en ambas imágenes y evitar de este modo un reconocimiento incorrecto.

Una vez seleccionado un punto de examen, puede calcularse ahora una primera línea de visión S1 de la primera cámara K1 a partir de la primera imagen y la segunda imagen en relación con el punto de examen determinado en la etapa 300 utilizando la calibración almacenada. Asimismo, en la etapa 400, se puede calcular una línea de visión S2 de la segunda cámara K2 a partir de la primera imagen y la segunda imagen en relación con el punto de examen específico utilizando la calibración almacenada. La calibración comprende un conjunto de parámetros de calibración con los que se describe, por ejemplo, la calibración interna (relacionada con la cámara, por ejemplo, longitud focal, relación de aspecto de los píxeles, eje de la imagen, error de distorsión), así como la calibración externa (posición y orientación de la primera cámara y la segunda cámara entre sí, por ejemplo, rotación o traslación en un espacio de coordenadas común).

Evidentemente, las etapas 100 y 200 también pueden realizarse en orden inverso o simultáneamente.

Posteriormente, la distancia d de la primera línea de visión S1 a la segunda línea de visión S2 puede determinarse ahora en la etapa 500. La distancia d entre dos líneas puede entenderse, por ejemplo, como la distancia entre dos planos, en donde un primer plano contiene la línea de visión S1 y un vector de dirección de la línea de visión S2, mientras que un segundo plano contiene la línea de visión S2 y un vector de dirección de la línea de visión S1. Esta distancia d será entonces también la distancia más pequeña entre puntos de la línea de visión.

Esta distancia d obtenida de esta manera puede compararse ahora con un valor predeterminado en la etapa 600.

La invención aprovecha el hecho de que en un sistema de cámara estereoscópica real, las líneas de visión que se reconstruyen generalmente no se cruzan. Sin embargo, en un sistema teórico totalmente calibrado, las líneas de visión se cruzarían.

Esta distancia d puede servir, por tanto, como característica de calidad de la calibración. En un sistema real que esté (teóricamente) perfectamente calibrado, suele haber una distancia distinta de 0, ya que al menos un píxel de una cámara tiene un tamaño determinado y, por tanto, un punto de la línea de visión contiene este tamaño como incertidumbre. En los sistemas reales, esta distancia será mayor que 0 debido a las incertidumbres existentes en la determinación de los parámetros de una calibración. Esta distancia d viene determinada por la calidad de la calibración, así como por la posición del punto de examen en ambas imágenes. Una calibración deficiente da lugar a distancias mayores, ya que las líneas de visión respectivas se calculan de forma más deficiente.

Por lo tanto, la distancia puede considerarse una característica de calidad de una calibración. Para determinar cuándo debe recalibrarse un sistema, se requiere un valor predeterminado a partir del cual parece necesaria una recalibración.

La determinación de un valor predeterminado para un tipo de sistema de cámara estereoscópica determinado puede realizarse empíricamente, por ejemplo, seleccionando diferentes puntos correspondientes con uno (o mejor varios) sistema(s) bien calibrado(s) y determinando la distancia de las líneas de visión S1, S2 de las dos cámaras.

Las distancias más grandes que se produzcan se pueden calificar de buenas y a éstas se les puede añadir una cantidad de seguridad de, por ejemplo, 10 % de la distancia más grande y definir de este modo un valor límite para un sistema mal calibrado.

Por otro lado, también sería posible tomar como base un sistema calibrado al límite y restar una cantidad de seguridad de, por ejemplo, -10 % de la distancia mayor de la distancia al límite y definir de este modo un valor límite para un sistema mal calibrado.

Se entenderá, sin embargo, que ambas consideraciones también podrían combinarse y podría formarse un valor medio a partir de los valores determinados empíricamente.

Si la distancia d es mayor que un valor predeterminado, puede mostrarse una calibración incorrecta en la etapa 700, por ejemplo localmente en la GUI del sistema de cámara estereoscópica 1. De forma alternativa o adicional, también se puede proporcionar una etapa 750 en la que una calibración incorrecta se envía a un dispositivo remoto por medio de una interfaz de comunicación I/O.

En otras palabras, la invención permite determinar directamente una medida de calidad de la calibración. Esta medida de calidad puede determinarse a petición, periódicamente, al azar o con cada uso.

Si el método muestra que la desviación de la distancia se aparta del valor predeterminado, la calibración puede realizarse de nuevo.

Sin embargo, con la invención también es posible generar una recalibración o una nueva calibración además de la comprobación automática de la calibración sin tener que volver a utilizar un cuerpo de calibración.

Con este fin, puede proporcionarse que, en caso de una calibración incorrecta, se modifique al menos un parámetro de calibración en la etapa 800 y se calculen de nuevo una primera línea de visión S1 y una segunda línea de visión S2, determinándose entonces de nuevo una distancia d entre la primera línea de visión S1 y la segunda línea de visión S2, adoptándose el parámetro de calibración modificado para las mediciones posteriores si la distancia d determinada ahora es menor que la distancia determinada anteriormente.

Esto significa que, en principio, un punto de examen específico es suficiente para generar una calibración actualizada (mejorada), ya que generalmente sólo es necesario tener en cuenta muy pocos cambios (por ejemplo, el cambio en la rotación de las cámaras entre sí).

Esta secuencia de etapas puede repetirse hasta que la distancia deje de mejorar. Como se entenderá, esto permite un enfoque iterativo.

Evidentemente, esta recalibración puede realizarse no sólo para un parámetro, sino también para varios parámetros. Por regla general, los parámetros se optimizan individualmente. Además, se puede proporcionar que se considere que la distancia está suficientemente calibrada cuando se alcanza una determinada distancia d y se termina la recalibración. Una vez más, este valor específico puede determinarse empíricamente.

Si anteriormente se determinan varios puntos de examen, también hay varios pares de líneas de visión S1, S2. A continuación, se puede determinar la distancia d para cada par de líneas de visión S1, S2. Entonces puede ser ventajoso que las distancias d se promedien sobre los puntos de examen para determinar una distancia media. El resultado puede ser una mayor precisión, ya que las incertidumbres en el cálculo de la distancia pueden promediarse. Además, las distancias en diferentes imágenes del sistema de cámara estereoscópica también pueden calcularse y promediarse.

Como se entenderá, también es posible sacar conclusiones sobre ciertas relaciones funcionales durante la descalibración mediante el análisis de los datos de recalibración.

Para ello, los datos de recalibración de sistemas de cámara estereoscópica comparables pueden analizarse en un dispositivo remoto, por ejemplo. También pueden recopilarse datos adicionales sobre el estado y el medio ambiente (datos climáticos).

Las correlaciones funcionales determinadas pueden utilizarse, por ejemplo, para realizar una recalibración en una secuencia específica de cambios de parámetros, por ejemplo, para calibrar de forma selectiva ciertos efectos reconocidos de expansión térmica y/o fuerza mecánica.

Utilizando el método y el sistema de cámara estereoscópica 1 descritos, puede comprobarse la calibración de un sistema de cámara estereoscópica 1 y también puede realizarse una recalibración sin necesidad de capturar un objetivo de calibración especial. Por lo tanto, se puede omitir el costoso y largo empleo de un técnico de servicioin situy también se puede usar el método, ya que el sistema se comprueba a sí mismo y puede determinar si la calibración ya no es suficiente. También existe la posibilidad de que el sistema se recalibre automáticamente.

Lista de signos de referencia

1

Sistema de cámara estereoscópica

K1, K2

Cámara

ZF

Campo objetivo

d

Distancia

I/O

Interfaz de comunicación

CPU

Procesador

MEM

Memoria

51

Primera línea de visión

52

Segunda línea de visión

Etapas del método

100

Captura de una primera imagen del campo objetivo

200

Captura de una segunda imagen del campo objetivo

225

Determinación de un punto de examen

250

Confirmación/desplazamiento del punto de examen por un usuario

300

Cálculo de una primera línea de visión

400

Cálculo de una segunda línea de visión

500

Determinación de la distancia entre la primera línea de visión y la segunda línea de visión 600

Comparación de la distancia con un valor predeterminado

7000

Visualización de una calibración incorrecta

750

Visualización de una calibración incorrecta en un dispositivo remoto

800

Cambio de al menos un parámetro de calibración

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Método para un sistema de cámara estereoscópica (1) para reconocer desviaciones de una calibración, en donde el sistema de cámara estereoscópica (1) tiene una primera cámara (K1) y una segunda cámara (K2), en donde las cámaras (K1, K2) están dirigidas desde diferentes direcciones de visualización sobre un campo objetivo (ZF), comprendiendo las etapas de:

- captura (100) de una primera imagen del campo objetivo (ZF) mediante la primera cámara (K1) del sistema de cámara estereoscópica,

- captura (200) de una segunda imagen del campo objetivo (ZF) mediante la segunda cámara (K2) del sistema de cámara estereoscópica (1),

- determinación (225) de un punto de examen,

caracterizado por queel método comprende además

- calcular (300) una primera línea de visión (S1) entre la primera cámara y el punto de examen determinado utilizando los parámetros de calibración almacenados a partir de la primera imagen y la segunda imagen, - calcular (400) una segunda línea de visión (S2) entre la segunda cámara y el punto de examen determinado utilizando los parámetros de calibración almacenados de la primera imagen y la segunda imagen, - determinación (500) de una distancia entre la primera línea de visión (S1) y la segunda línea de visión (S2), - comparación (600) de la distancia (d) con un valor predeterminado,

- en donde si la distancia (d) es superior a un valor predeterminado, se indica una calibración incorrecta (700), y

- en donde, en caso de calibración incorrecta, se modifica al menos un parámetro de calibración (800) y se calculan de nuevo una primera línea de visión (S1) y una segunda línea de visión (S2), en donde se determina de nuevo una distancia entre la primera línea de visión (S1) y la segunda línea de visión (S2), en donde, si la distancia que se determina ahora es inferior a la distancia determinada anteriormente, se adopta el parámetro de calibración modificado para las mediciones posteriores.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado por queel punto de examen puede ser confirmado y/o desplazado (250) por un usuario.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,caracterizado por queel campo objetivo (ZF) comprende al menos una parte de una cara de un ser humano.

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel valor predeterminado para la comparación con la distancia determinada (d) está predeterminado empíricamente.

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela indicación de una calibración incorrecta se visualiza (700) localmente en el sistema de cámara estereoscópica (1).

6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela indicación de una calibración incorrecta se transmite (750) a un dispositivo remoto mediante una interfaz de comunicación.

7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela determinación de un punto de examen (225) comprende un proceso de reconocimiento de imagen.

8. Sistema de cámara estereoscópica (1) que comprende un dispositivo de procesamiento de imágenes, una primera cámara (K1) y una segunda cámara (K2), que está configurado para ejecutar un método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.