Obsah
Kalibrace stereoskopické kamery
Zadání
Vytvořte cca 60 sekund dlouhý klip využívající stereoskopické video, kompozici reálné scény točené na greenscreenu a modelované scény. Pro účely kalibrace kamerového setupu navrhněte a vytvořte aplikaci, která umožní nastavení kamer přímo podle reálně zabírané scény.
členové: Jan Zimandl, Martin Zrcek
Rešerše - první kontrola
Možné problémy
- Jedna kamera objekt vidí, druhá ne
- Volba rovnoběžné, nebo konvergentní kamery
- Pohled na pozadí scény je omezen velikostí projekčního plátna, tedy FOW diváka přes plátno. Proto není možné na rozlehlé scény použít širokoúhlý objektiv jako v klasickém filmu. Tedy možné to je a výsledek se může zdát scvrklý, což divákovi běžně nevadí.
Známé problémy
- divergentní paralaxa - Když je relativní vzdálenost odpovídajících obrazů (= velikost paralaxy) větší než rozteč očí diváka, oči koukají od sebe, což se v reálu nemůže stát. Existuje ovšem mezní úhel mezi osami pohledů očí, při kterém mozek ještě obraz zpracuje správně.
- změna rozměrů plátna - Když se zvětší velikost plátna, oproti plánovanému, proporcionálně se zvětší i paralaxa. Tím se objekty blíže kamery začnou zdát ještě blíže, paralaxa se zvětší (pokud se zvětší nad určitou mez, 3D vjem se ztrácí), a objekty dále od kamery získají divergentní paralaxu. Řešením může být posazení diváků dále od promítaného obrazu. Při zmenšení plátna (film pro kina promítaný na obrazovkách) není problém tak velký, pouze se zmenší hloubka obrazu a prostorový vjem už není tak dobrý.
- přípustné rozměry scény = maximal disparity = moc velká pozitivní nebo negativní paralaxa - Sledované objekty jsou příliš blízko nebo daleko od kamery, to může způsobovat únavu očí a také nepříjemné pocity. (pozn. moc velká vzdálenost unavuje?? proč?) Pro výpočet těchto velikostí plánujeme vytvořit program, který je bude počítat v závislosti na zadaných parametrech: vzdálenost diváka od projekční plochy, velikost projekční plochy, vzdálenost kamer od sebe a maximální disparity (nejvyšší povolená nepřesnost, kterou divák unese). Program doporučí: šířku záběru kamer, jejich vzdálenost od středu a velikosti prostoru, ve kterém se herci mohou pohybovat.
- oříznutí kamer - při rovnoběžných kamerách se musí malé části na stranách pohledu oříznout, případně se jim vyhnout už při natáčení. Jsou to totiž části, které posunutím kamer vidí vždy jen jedno oko. Bohužel ale musíme vyříznout až výsledné video, tedy úhel pohledu kamery. To způsobí velmi malé nepřesnosti ve větší vzdálenosti od kamery.
Upřesnění termínů
- paralaxa - vzdálenost obrazů pro pravé a levé oko na plátně, pozitivní pro objekty za plátnem
- disparity - podobné jako paralaxa, ale vyjadřuje se úhlem, jakým se obraz pro obě oči liší
- vzdálenost očí - se běžně stanovuje na 2,5 palce, tedy asi 63,5 mm
Výpočet vzdálenosti kamer od plátna, FOW kamer a potřebný ořez při rovnoběžných kamerách a zadaném divákovi
Nalezli jsme program Stereobrain, který slouží ke stejnému účelu, jako bude ten náš:
Návrh řešení - druhá kontrola
Program pro výpočet hodnot
Program, který vytvoříme, bude podle zadaných hodnot generovat omezení jiných hodnot.
Například při zadání:
- vzdálenosti nulového bodu od kamer (místa, kde je pomyslná virtuální plocha plátna)
- vzdáleností nejbližších a nejvzdálenějších bodů v záběru
- ohniskové vzdálenosti kamer
- velikosti čipů kamer
- rozteče kamer
- šířky plátna nebo obrazovky
vrátí aplikace omezení jak daleko může divák sedět od plátna nebo obrazovky
Vše je založeno na omezení divergentní paralaxy, která se v reálném světě nevyskytuje, ale mozek ji dokáže zpracovat za předpokladu, že optické osy očí svírají úhel menší než 1,5 stupně.
Jako nástin řešení jsme vypracovali provizorní verzi výpočtu omezení v XLS tabulce.
Kalibrace obrazů z kamer
Aby byl Stereoskopický vjem co nejlepší, musí mít obrazy, které jsou před kamerami ve vzdálenosti nulového bodu, nulovou paralaxu, všechny objekty blíže mají pak pozitivní paralaxu a dále od kamery negativní.
Nulové paralaxy lze dosáhnout několika způsoby
- oříznutí záběrů paralelních kamer - kamery jsou namířeny paralelně a pravý okraj pravého záběru a levý okraj levého se odříznou
- konvergentní kamery - natočení kamer do jednoho nulového bodu
- paralelní kamery s posunem - v kameře se posune čip nebo čočka tak, že virtuální plátna obou kamer jsou ve vzdálenosti nulového bodu totožné.
V prvním případě ztrácíme část obrazové informace a mění se také ohnisková vzdálenost obrazu kvůli oříznutí.
V dalších případech již obrazovou informaci neztrácíme, ale v případě konvergence kamer nastává problém zvaný Keystoning, kdy jsou virtuální plátna vůči sobě natočeny a obrazy objektů na okrajích nemají stejnou velikost pro obě oči. Dochází tak ještě k vertikální paralaxe, kterou mozek zpracuje jen s obtížemi
V obou posledních případech musí být kamery buď natočeny nebo jim musí být posunuty čočky tak, aby se obrazy předmětu, který je v místech, kde je nulový bod, přesně překrývaly. V programu tedy budou záběry z obou kamer a v každém bude uprostřed křížek. Kalibrační tyč se umístí do vzdálenosti nulového bodu, který je nastaven v aplikaci. S kamerami se bude manipulovat tak dlouho, dokud obrazy kalibrační tyče nebudou splývat se středovým křížkem. Kalibrační tyč musí být také umístěna na ose stereokamer, která prochází mezi oběma kamerami.