Calibração molhada

Shortis e Harvey apresentam o desenvolvimento de um sistema estéreo de câmeras para medir informações sobre peixes (SHORTIS; HARVEY,1998). O modelo de câmera utilizado

não possui nenhum termo explícito para modelar o efeito ocasionado pela refração na interface entre a caixa de estanque e o meio aquático, uma vez que é afirmado pelos autores que esses efeitos causam um deslocamento radialmente simétrico em torno do ponto principal da imagem. Portanto, esse efeito ocasionado pela refração é absorvido nos parâmetros de distorção radial, que modelam esse mesmo tipo de deslocamento dos pontos na imagem. AFigura 12aapresenta o padrão de calibração utilizado neste sistema estéreo que resultou em um software de medições para ambientes subaquáticos (VMS -

Vision Measurement System (GEOMETRIC, 2001)).

Devido a importância da calibração de câmeras nas aplicações submarinas e aos de- safios apresentados por este ambiente, Bryant et al. (2000) apresentaram um algoritmo para identificação de pontos do padrão de calibração robusto para ambientes turvos. Este algoritmo baseia-se na indexação de invariantes planares calculados a partir dos pontos 3D do padrão conhecido, facilitando a correspondência entre os pontos em um cenário onde a detecção é mais difícil de ser realizada, devido a quantidade de ruído e a baixa luminosi- dade. A calibração dos parâmetros intrínsecos da câmera é realizada através do algoritmo de Tsai. Esse algoritmo de calibração também é utilizado emLi et al.(2016) para calibrar uma câmera GoPro Hero 3 black edition. Após a calibração, Li et al. utilizaram a câmera para realizar a reconstrução 3D submersa do leito de um rio.

Uma técnica de auto-calibração para uma câmera montada em um veículo subaquático projetado para realizar a reconstrução 3D de cenas subaquáticas é apresentado em Pessel, Opderbecke e Aldon (2003). Pessel et al. utilizam uma trajetória de câmera predefinida

para rastrear características naturais encontradas na cena através da técnica de Kanade- Lucas-Tomasi (KLT) (TOMASI; KANADE, 1991). Para aumentar a quantidade e melhorar

a qualidade das correspondências, foram rastreados um maior número de características para, posteriormente, utilizar um método robusto de identificação (RANSAC - Random

Sample Consensus) de correspondências corretas. Neste trabalho, a distorção não é mo-

delada e os parâmetros intrínsecos são calculados a partir do cálculo da matriz essencial e fundamental extraídas através da geometria epipolar entre as imagens.

EmEustice, Pizarro e Singh(2008), a calibração é realizada dentro da água, utilizando o método planar de Zhang com o modelo de distorção radial e tangencial empregado por Heikkila e Silven, para compensar a efeitos causados pela lente e refração. Os parâme- tros da câmera calculados são utilizados em AUVs para exploração e navegação do fundo do oceano através da técnica de localização e mapeamento simultâneo (SLAM - Simul-

taneous Localisation and Mappinging). Outro trabalho que utiliza a técnica de Zhang é

desenvolvido em Meline, Triboulet e Jouvencel (2010) para realizar uma reconstrução da arqueologia submarina. Ao contrário de Eustice et al., o modelo de câmera considerado é o mesmo proposto por Zhang, considerando distorção apenas como dois coeficientes radiais. EmRahman et al.(2013) é apresentado uma pesquisa sobre a diferença da calibração de câmera no ambiente terrestre e submerso em água. A calibração é realizada capturando imagens de um padrão circular 3D em formato de cubo, como pode ser visto naFigura 12b. A fim de validar o algoritmo proposto, são realizados comparações entre os resultados obtidos com os apresentados pela técnica de Heikkila e Silven. A comparação efetuada entre os algoritmos de calibração é realizada através do erro de reconstrução dos pontos 3D, onde o algoritmo proposto apresenta melhores resultados. Rahman et al. afirmam que, para reconstrução de objetos no ambiente submerso, é necessário realizar a calibração no mesmo meio, devido a diferença que os ambientes exercem sobre o modelo.

Com a finalidade de reduzir os esforços de uma calibração subaquática, Oleari et al. propuseram um método que não utiliza um padrão de calibração submerso (OLEARI et al.,

2015). Os autores apresentam um método para calibrar um sistema estéreo de câmeras dividido em duas etapas. Na primeira etapa é realizada uma calibração padrão no ar. Na segunda etapa, os parâmetros da câmera são otimizados usando o conhecimento prévio sobre a forma de tubos cilíndricos submersos, como os dutos usados para extração de gás e petróleo. Essa otimização desempenha uma correção automática, principalmente da distorção radial, com base na retificação das superfícies cilíndricas. Oleari et al. testaram o algoritmo proposto com dutos de diferentes configurações em uma profundidade de 10m. Em Silvatti et al. (2012) é proposto um estudo comparativo entre três técnicas de calibração para um sistema de câmera estéreo, aplicado para análise de performance de atletas que praticam natação. As técnicas de calibração são: DLT modificado, não modelando explicitamente as características física da câmera (HATZE, 1988); Calibração

Figura 12 – Padrões utilizados em calibrações para ambientes subaquáticos: (a) Cubo aberto, fabricado com alumínio leve, de cor preta com 56 alvos circulares brancos usado por Shortis; (b) Padrão de calibração com dois planos de 21x21 pontos circulares utilizados por Rahman; (c) Padrão utilizado para a calibração com varinha; (d) Padrão planar formado por um tabuleiro de xadrez.

(a)

Fonte: Shortis (2015).

(b)

Fonte: Rahman et al.(2013). (c)

Fonte: Silvatti et al.(2012).

(d)

Fonte: Jordt-Sedlazeck e Koch (2012).

sistema de coordenadas para a calibração (CERVERI; BORGHESE; PEDOTTI,1998); Método

proposto por Zhang(2000). Os objetos utilizados nos testes de calibração foram o bastão com a referência triédrica (Figura 12c), além de um padrão planar similar ao apresentado na Figura 12d. Silvatti et al. apresentaram vantagens e desvantagens de cada uma das técnicas executadas e concluíram que o método de Zhang provê melhores resultados, mas que a calibração com o movimento de bastão também pode ser utilizado. Posteriormente, Silvatti apresentou uma expansão deste estudo comparativo em sua dissertação (SILVATTI et al.,2013).

Alguns trabalhos de visão computacional para aplicações subaquáticas utilizam ferra- mentas de calibração de câmeras que, inicialmente, foram desenvolvidas para calibrações

terrestres. Brandou et al. utilizam a ferramenta desenvolvida por Jean-Yves Bouguet para estimar os parâmetros intrínsecos e a relação entre o par de câmeras, empregadas para executar a reconstrução 3D do ambiente através de uma trajetória predefinida (BRANDOU et al.,2007). Esta mesma técnica de calibração é utilizada por Han Hu, em sua dissertação

(HU, 2015), para desenvolver um algoritmo de correspondência quase-denso de caracte-

rísticas, a fim de robustificar a reconstrução de ambientes subaquáticos. Assim como o trabalho de Brandou et al., o algoritmo de reconstrução de Hu utiliza um sistema de câmeras estéreo. Enquanto Onmek et al. propõem um algoritmo de reconstrução 3D su- baquática, para apenas uma câmera, de artefatos arqueológicos que utiliza uma técnica de calibração baseada nos métodos de Bouguet e Zhang (ONMEK et al., 2017).