samples/cpp/stereo_calib.cpp

   1 /* This is sample from the OpenCV book. The copyright notice is below */
   2
   3 /* *************** License:**************************
   4    Oct. 3, 2008
   5    Right to use this code in any way you want without warranty, support or any guarantee of it working.
   6
   7    BOOK: It would be nice if you cited it:
   8    Learning OpenCV: Computer Vision with the OpenCV Library
   9      by Gary Bradski and Adrian Kaehler
  10      Published by O'Reilly Media, October 3, 2008
  11
  12    AVAILABLE AT:
  13      http://www.amazon.com/Learning-OpenCV-Computer-Vision-Library/dp/0596516134
  14      Or: http://oreilly.com/catalog/9780596516130/
  15      ISBN-10: 0596516134 or: ISBN-13: 978-0596516130
  16
  17    OPENCV WEBSITES:
  18      Homepage:      http://opencv.org
  19      Online docs:   http://docs.opencv.org
  20      Q&A forum:     http://answers.opencv.org
  21      Issue tracker: http://code.opencv.org
  22      GitHub:        https://github.com/Itseez/opencv/
  23    ************************************************** */
  24
  25 #include "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
  26 #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
  27 #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
  28
  29 #include <vector>
  30 #include <string>
  31 #include <algorithm>
  32 #include <iostream>
  33 #include <iterator>
  34 #include <stdio.h>
  35 #include <stdlib.h>
  36 #include <ctype.h>
  37
  38 using namespace cv;
  39 using namespace std;
  40
  41 static int print_help()
  42 {
  43     cout <<
  44             " Given a list of chessboard images, the number of corners (nx, ny)\n"
  45             " on the chessboards, and a flag: useCalibrated for \n"
  46             "   calibrated (0) or\n"
  47             "   uncalibrated \n"
  48             "     (1: use cvStereoCalibrate(), 2: compute fundamental\n"
  49             "         matrix separately) stereo. \n"
  50             " Calibrate the cameras and display the\n"
  51             " rectified results along with the computed disparity images.   \n" << endl;
  52     cout << "Usage:\n ./stereo_calib -w board_width -h board_height [-nr /*dot not view results*/] <image list XML/YML file>\n" << endl;
  53     return 0;
  54 }
  55
  56
  57 static void
  58 StereoCalib(const vector<string>& imagelist, Size boardSize, bool useCalibrated=true, bool showRectified=true)
  59 {
  60     if( imagelist.size() % 2 != 0 )
  61     {
  62         cout << "Error: the image list contains odd (non-even) number of elements\n";
  63         return;
  64     }
  65
  66     bool displayCorners = false;//true;
  67     const int maxScale = 2;
  68     const float squareSize = 1.f;  // Set this to your actual square size
  69     // ARRAY AND VECTOR STORAGE:
  70
  71     vector<vector<Point2f> > imagePoints[2];
  72     vector<vector<Point3f> > objectPoints;
  73     Size imageSize;
  74
  75     int i, j, k, nimages = (int)imagelist.size()/2;
  76
  77     imagePoints[0].resize(nimages);
  78     imagePoints[1].resize(nimages);
  79     vector<string> goodImageList;
  80
  81     for( i = j = 0; i < nimages; i++ )
  82     {
  83         for( k = 0; k < 2; k++ )
  84         {
  85             const string& filename = imagelist[i*2+k];
  86             Mat img = imread(filename, 0);
  87             if(img.empty())
  88                 break;
  89             if( imageSize == Size() )
  90                 imageSize = img.size();
  91             else if( img.size() != imageSize )
  92             {
  93                 cout << "The image " << filename << " has the size different from the first image size. Skipping the pair\n";
  94                 break;
  95             }
  96             bool found = false;
  97             vector<Point2f>& corners = imagePoints[k][j];
  98             for( int scale = 1; scale <= maxScale; scale++ )
  99             {
 100                 Mat timg;
 101                 if( scale == 1 )
 102                     timg = img;
 103                 else
 104                     resize(img, timg, Size(), scale, scale);
 105                 found = findChessboardCorners(timg, boardSize, corners,
 106                     CV_CALIB_CB_ADAPTIVE_THRESH | CV_CALIB_CB_NORMALIZE_IMAGE);
 107                 if( found )
 108                 {
 109                     if( scale > 1 )
 110                     {
 111                         Mat cornersMat(corners);
 112                         cornersMat *= 1./scale;
 113                     }
 114                     break;
 115                 }
 116             }
 117             if( displayCorners )
 118             {
 119                 cout << filename << endl;
 120                 Mat cimg, cimg1;
 121                 cvtColor(img, cimg, CV_GRAY2BGR);
 122                 drawChessboardCorners(cimg, boardSize, corners, found);
 123                 double sf = 640./MAX(img.rows, img.cols);
 124                 resize(cimg, cimg1, Size(), sf, sf);
 125                 imshow("corners", cimg1);
 126                 char c = (char)waitKey(500);
 127                 if( c == 27 || c == 'q' || c == 'Q' ) //Allow ESC to quit
 128                     exit(-1);
 129             }
 130             else
 131                 putchar('.');
 132             if( !found )
 133                 break;
 134             cornerSubPix(img, corners, Size(11,11), Size(-1,-1),
 135                          TermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER+CV_TERMCRIT_EPS,
 136                                       30, 0.01));
 137         }
 138         if( k == 2 )
 139         {
 140             goodImageList.push_back(imagelist[i*2]);
 141             goodImageList.push_back(imagelist[i*2+1]);
 142             j++;
 143         }
 144     }
 145     cout << j << " pairs have been successfully detected.\n";
 146     nimages = j;
 147     if( nimages < 2 )
 148     {
 149         cout << "Error: too little pairs to run the calibration\n";
 150         return;
 151     }
 152
 153     imagePoints[0].resize(nimages);
 154     imagePoints[1].resize(nimages);
 155     objectPoints.resize(nimages);
 156
 157     for( i = 0; i < nimages; i++ )
 158     {
 159         for( j = 0; j < boardSize.height; j++ )
 160             for( k = 0; k < boardSize.width; k++ )
 161                 objectPoints[i].push_back(Point3f(j*squareSize, k*squareSize, 0));
 162     }
 163
 164     cout << "Running stereo calibration ...\n";
 165
 166     Mat cameraMatrix[2], distCoeffs[2];
 167     cameraMatrix[0] = Mat::eye(3, 3, CV_64F);
 168     cameraMatrix[1] = Mat::eye(3, 3, CV_64F);
 169     Mat R, T, E, F;
 170
 171     double rms = stereoCalibrate(objectPoints, imagePoints[0], imagePoints[1],
 172                     cameraMatrix[0], distCoeffs[0],
 173                     cameraMatrix[1], distCoeffs[1],
 174                     imageSize, R, T, E, F,
 175                     TermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER+CV_TERMCRIT_EPS, 100, 1e-5),
 176                     CV_CALIB_FIX_ASPECT_RATIO +
 177                     CV_CALIB_ZERO_TANGENT_DIST +
 178                     CV_CALIB_SAME_FOCAL_LENGTH +
 179                     CV_CALIB_RATIONAL_MODEL +
 180                     CV_CALIB_FIX_K3 + CV_CALIB_FIX_K4 + CV_CALIB_FIX_K5);
 181     cout << "done with RMS error=" << rms << endl;
 182
 183 // CALIBRATION QUALITY CHECK
 184 // because the output fundamental matrix implicitly
 185 // includes all the output information,
 186 // we can check the quality of calibration using the
 187 // epipolar geometry constraint: m2^t*F*m1=0
 188     double err = 0;
 189     int npoints = 0;
 190     vector<Vec3f> lines[2];
 191     for( i = 0; i < nimages; i++ )
 192     {
 193         int npt = (int)imagePoints[0][i].size();
 194         Mat imgpt[2];
 195         for( k = 0; k < 2; k++ )
 196         {
 197             imgpt[k] = Mat(imagePoints[k][i]);
 198             undistortPoints(imgpt[k], imgpt[k], cameraMatrix[k], distCoeffs[k], Mat(), cameraMatrix[k]);
 199             computeCorrespondEpilines(imgpt[k], k+1, F, lines[k]);
 200         }
 201         for( j = 0; j < npt; j++ )
 202         {
 203             double errij = fabs(imagePoints[0][i][j].x*lines[1][j][0] +
 204                                 imagePoints[0][i][j].y*lines[1][j][1] + lines[1][j][2]) +
 205                            fabs(imagePoints[1][i][j].x*lines[0][j][0] +
 206                                 imagePoints[1][i][j].y*lines[0][j][1] + lines[0][j][2]);
 207             err += errij;
 208         }
 209         npoints += npt;
 210     }
 211     cout << "average reprojection err = " <<  err/npoints << endl;
 212
 213     // save intrinsic parameters
 214     FileStorage fs("intrinsics.yml", CV_STORAGE_WRITE);
 215     if( fs.isOpened() )
 216     {
 217         fs << "M1" << cameraMatrix[0] << "D1" << distCoeffs[0] <<
 218             "M2" << cameraMatrix[1] << "D2" << distCoeffs[1];
 219         fs.release();
 220     }
 221     else
 222         cout << "Error: can not save the intrinsic parameters\n";
 223
 224     Mat R1, R2, P1, P2, Q;
 225     Rect validRoi[2];
 226
 227     stereoRectify(cameraMatrix[0], distCoeffs[0],
 228                   cameraMatrix[1], distCoeffs[1],
 229                   imageSize, R, T, R1, R2, P1, P2, Q,
 230                   CALIB_ZERO_DISPARITY, 1, imageSize, &validRoi[0], &validRoi[1]);
 231
 232     fs.open("extrinsics.yml", CV_STORAGE_WRITE);
 233     if( fs.isOpened() )
 234     {
 235         fs << "R" << R << "T" << T << "R1" << R1 << "R2" << R2 << "P1" << P1 << "P2" << P2 << "Q" << Q;
 236         fs.release();
 237     }
 238     else
 239         cout << "Error: can not save the intrinsic parameters\n";
 240
 241     // OpenCV can handle left-right
 242     // or up-down camera arrangements
 243     bool isVerticalStereo = fabs(P2.at<double>(1, 3)) > fabs(P2.at<double>(0, 3));
 244
 245 // COMPUTE AND DISPLAY RECTIFICATION
 246     if( !showRectified )
 247         return;
 248
 249     Mat rmap[2][2];
 250 // IF BY CALIBRATED (BOUGUET'S METHOD)
 251     if( useCalibrated )
 252     {
 253         // we already computed everything
 254     }
 255 // OR ELSE HARTLEY'S METHOD
 256     else
 257  // use intrinsic parameters of each camera, but
 258  // compute the rectification transformation directly
 259  // from the fundamental matrix
 260     {
 261         vector<Point2f> allimgpt[2];
 262         for( k = 0; k < 2; k++ )
 263         {
 264             for( i = 0; i < nimages; i++ )
 265                 std::copy(imagePoints[k][i].begin(), imagePoints[k][i].end(), back_inserter(allimgpt[k]));
 266         }
 267         F = findFundamentalMat(Mat(allimgpt[0]), Mat(allimgpt[1]), FM_8POINT, 0, 0);
 268         Mat H1, H2;
 269         stereoRectifyUncalibrated(Mat(allimgpt[0]), Mat(allimgpt[1]), F, imageSize, H1, H2, 3);
 270
 271         R1 = cameraMatrix[0].inv()*H1*cameraMatrix[0];
 272         R2 = cameraMatrix[1].inv()*H2*cameraMatrix[1];
 273         P1 = cameraMatrix[0];
 274         P2 = cameraMatrix[1];
 275     }
 276
 277     //Precompute maps for cv::remap()
 278     initUndistortRectifyMap(cameraMatrix[0], distCoeffs[0], R1, P1, imageSize, CV_16SC2, rmap[0][0], rmap[0][1]);
 279     initUndistortRectifyMap(cameraMatrix[1], distCoeffs[1], R2, P2, imageSize, CV_16SC2, rmap[1][0], rmap[1][1]);
 280
 281     Mat canvas;
 282     double sf;
 283     int w, h;
 284     if( !isVerticalStereo )
 285     {
 286         sf = 600./MAX(imageSize.width, imageSize.height);
 287         w = cvRound(imageSize.width*sf);
 288         h = cvRound(imageSize.height*sf);
 289         canvas.create(h, w*2, CV_8UC3);
 290     }
 291     else
 292     {
 293         sf = 300./MAX(imageSize.width, imageSize.height);
 294         w = cvRound(imageSize.width*sf);
 295         h = cvRound(imageSize.height*sf);
 296         canvas.create(h*2, w, CV_8UC3);
 297     }
 298
 299     for( i = 0; i < nimages; i++ )
 300     {
 301         for( k = 0; k < 2; k++ )
 302         {
 303             Mat img = imread(goodImageList[i*2+k], 0), rimg, cimg;
 304             remap(img, rimg, rmap[k][0], rmap[k][1], CV_INTER_LINEAR);
 305             cvtColor(rimg, cimg, CV_GRAY2BGR);
 306             Mat canvasPart = !isVerticalStereo ? canvas(Rect(w*k, 0, w, h)) : canvas(Rect(0, h*k, w, h));
 307             resize(cimg, canvasPart, canvasPart.size(), 0, 0, CV_INTER_AREA);
 308             if( useCalibrated )
 309             {
 310                 Rect vroi(cvRound(validRoi[k].x*sf), cvRound(validRoi[k].y*sf),
 311                           cvRound(validRoi[k].width*sf), cvRound(validRoi[k].height*sf));
 312                 rectangle(canvasPart, vroi, Scalar(0,0,255), 3, 8);
 313             }
 314         }
 315
 316         if( !isVerticalStereo )
 317             for( j = 0; j < canvas.rows; j += 16 )
 318                 line(canvas, Point(0, j), Point(canvas.cols, j), Scalar(0, 255, 0), 1, 8);
 319         else
 320             for( j = 0; j < canvas.cols; j += 16 )
 321                 line(canvas, Point(j, 0), Point(j, canvas.rows), Scalar(0, 255, 0), 1, 8);
 322         imshow("rectified", canvas);
 323         char c = (char)waitKey();
 324         if( c == 27 || c == 'q' || c == 'Q' )
 325             break;
 326     }
 327 }
 328
 329
 330 static bool readStringList( const string& filename, vector<string>& l )
 331 {
 332     l.resize(0);
 333     FileStorage fs(filename, FileStorage::READ);
 334     if( !fs.isOpened() )
 335         return false;
 336     FileNode n = fs.getFirstTopLevelNode();
 337     if( n.type() != FileNode::SEQ )
 338         return false;
 339     FileNodeIterator it = n.begin(), it_end = n.end();
 340     for( ; it != it_end; ++it )
 341         l.push_back((string)*it);
 342     return true;
 343 }
 344
 345 int main(int argc, char** argv)
 346 {
 347     Size boardSize;
 348     string imagelistfn;
 349     bool showRectified = true;
 350
 351     for( int i = 1; i < argc; i++ )
 352     {
 353         if( string(argv[i]) == "-w" )
 354         {
 355             if( sscanf(argv[++i], "%d", &boardSize.width) != 1 || boardSize.width <= 0 )
 356             {
 357                 cout << "invalid board width" << endl;
 358                 return print_help();
 359             }
 360         }
 361         else if( string(argv[i]) == "-h" )
 362         {
 363             if( sscanf(argv[++i], "%d", &boardSize.height) != 1 || boardSize.height <= 0 )
 364             {
 365                 cout << "invalid board height" << endl;
 366                 return print_help();
 367             }
 368         }
 369         else if( string(argv[i]) == "-nr" )
 370             showRectified = false;
 371         else if( string(argv[i]) == "--help" )
 372             return print_help();
 373         else if( argv[i][0] == '-' )
 374         {
 375             cout << "invalid option " << argv[i] << endl;
 376             return 0;
 377         }
 378         else
 379             imagelistfn = argv[i];
 380     }
 381
 382     if( imagelistfn == "" )
 383     {
 384         imagelistfn = "stereo_calib.xml";
 385         boardSize = Size(9, 6);
 386     }
 387     else if( boardSize.width <= 0 || boardSize.height <= 0 )
 388     {
 389         cout << "if you specified XML file with chessboards, you should also specify the board width and height (-w and -h options)" << endl;
 390         return 0;
 391     }
 392
 393     vector<string> imagelist;
 394     bool ok = readStringList(imagelistfn, imagelist);
 395     if(!ok || imagelist.empty())
 396     {
 397         cout << "can not open " << imagelistfn << " or the string list is empty" << endl;
 398         return print_help();
 399     }
 400
 401     StereoCalib(imagelist, boardSize, true, showRectified);
 402     return 0;
 403 }
 404