opencv/samples/c/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 warrenty, support or any guarentee 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    OTHER OPENCV SITES:
  18    * The source code is on sourceforge at:
  19      http://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/
  20    * The OpenCV wiki page (As of Oct 1, 2008 this is down for changing over servers, but should come back):
  21      http://opencvlibrary.sourceforge.net/
  22    * An active user group is at:
  23      http://tech.groups.yahoo.com/group/OpenCV/
  24    * The minutes of weekly OpenCV development meetings are at:
  25      http://pr.willowgarage.com/wiki/OpenCV
  26    ************************************************** */
  27
  28 #undef _GLIBCXX_DEBUG
  29
  30 #include "cv.h"
  31 #include "cxmisc.h"
  32 #include "highgui.h"
  33 #include <vector>
  34 #include <string>
  35 #include <algorithm>
  36 #include <stdio.h>
  37 #include <ctype.h>
  38
  39 using namespace std;
  40
  41 //
  42 // Given a list of chessboard images, the number of corners (nx, ny)
  43 // on the chessboards, and a flag: useCalibrated for calibrated (0) or
  44 // uncalibrated (1: use cvStereoCalibrate(), 2: compute fundamental
  45 // matrix separately) stereo. Calibrate the cameras and display the
  46 // rectified results along with the computed disparity images.
  47 //
  48 static void
  49 StereoCalib(const char* imageList, int useUncalibrated)
  50 {
  51     CvRect roi1, roi2;
  52     int nx = 0, ny = 0;
  53     int displayCorners = 1;
  54     int showUndistorted = 1;
  55     bool isVerticalStereo = false;//OpenCV can handle left-right
  56                                       //or up-down camera arrangements
  57     const int maxScale = 1;
  58     const float squareSize = 1.f; //Set this to your actual square size
  59     FILE* f = fopen(imageList, "rt");
  60     int i, j, lr, nframes = 0, n, N = 0;
  61     vector<string> imageNames[2];
  62     vector<CvPoint3D32f> objectPoints;
  63     vector<CvPoint2D32f> points[2];
  64     vector<CvPoint2D32f> temp_points[2];
  65     vector<int> npoints;
  66 //    vector<uchar> active[2];
  67     int is_found[2] = {0, 0};
  68     vector<CvPoint2D32f> temp;
  69     CvSize imageSize = {0,0};
  70     // ARRAY AND VECTOR STORAGE:
  71     double M1[3][3], M2[3][3], D1[5], D2[5];
  72     double R[3][3], T[3], E[3][3], F[3][3];
  73     double Q[4][4];
  74     CvMat _M1 = cvMat(3, 3, CV_64F, M1 );
  75     CvMat _M2 = cvMat(3, 3, CV_64F, M2 );
  76     CvMat _D1 = cvMat(1, 5, CV_64F, D1 );
  77     CvMat _D2 = cvMat(1, 5, CV_64F, D2 );
  78     CvMat matR = cvMat(3, 3, CV_64F, R );
  79     CvMat matT = cvMat(3, 1, CV_64F, T );
  80     CvMat matE = cvMat(3, 3, CV_64F, E );
  81     CvMat matF = cvMat(3, 3, CV_64F, F );
  82
  83     CvMat matQ = cvMat(4, 4, CV_64FC1, Q);
  84
  85     char buf[1024];
  86
  87     if( displayCorners )
  88         cvNamedWindow( "corners", 1 );
  89 // READ IN THE LIST OF CHESSBOARDS:
  90     if( !f )
  91     {
  92         fprintf(stderr, "can not open file %s\n", imageList );
  93         return;
  94     }
  95
  96     if( !fgets(buf, sizeof(buf)-3, f) || sscanf(buf, "%d%d", &nx, &ny) != 2 )
  97         return;
  98     n = nx*ny;
  99     temp.resize(n);
 100     temp_points[0].resize(n);
 101     temp_points[1].resize(n);
 102
 103     for(i=0;;i++)
 104     {
 105         int count = 0, result=0;
 106         lr = i % 2;
 107         vector<CvPoint2D32f>& pts = temp_points[lr];//points[lr];
 108         if( !fgets( buf, sizeof(buf)-3, f ))
 109             break;
 110         size_t len = strlen(buf);
 111         while( len > 0 && isspace(buf[len-1]))
 112             buf[--len] = '\0';
 113         if( buf[0] == '#')
 114             continue;
 115         IplImage* img = cvLoadImage( buf, 0 );
 116         if( !img )
 117             break;
 118         imageSize = cvGetSize(img);
 119         imageNames[lr].push_back(buf);
 120     //FIND CHESSBOARDS AND CORNERS THEREIN:
 121         for( int s = 1; s <= maxScale; s++ )
 122         {
 123             IplImage* timg = img;
 124             if( s > 1 )
 125             {
 126                 timg = cvCreateImage(cvSize(img->width*s,img->height*s),
 127                     img->depth, img->nChannels );
 128                 cvResize( img, timg, CV_INTER_CUBIC );
 129             }
 130             result = cvFindChessboardCorners( timg, cvSize(nx, ny),
 131                 &temp[0], &count,
 132                 CV_CALIB_CB_ADAPTIVE_THRESH |
 133                 CV_CALIB_CB_NORMALIZE_IMAGE);
 134             if( timg != img )
 135                 cvReleaseImage( &timg );
 136             if( result || s == maxScale )
 137                 for( j = 0; j < count; j++ )
 138             {
 139                 temp[j].x /= s;
 140                 temp[j].y /= s;
 141             }
 142             if( result )
 143                 break;
 144         }
 145         if( displayCorners )
 146         {
 147             printf("%s\n", buf);
 148             IplImage* cimg = cvCreateImage( imageSize, 8, 3 );
 149             cvCvtColor( img, cimg, CV_GRAY2BGR );
 150             cvDrawChessboardCorners( cimg, cvSize(nx, ny), &temp[0],
 151                 count, result );
 152             IplImage* cimg1 = cvCreateImage(cvSize(640, 480), IPL_DEPTH_8U, 3);
 153             cvResize(cimg, cimg1);
 154             cvShowImage( "corners", cimg1 );
 155             cvReleaseImage( &cimg );
 156             cvReleaseImage( &cimg1 );
 157             int c = cvWaitKey(1000);
 158             if( c == 27 || c == 'q' || c == 'Q' ) //Allow ESC to quit
 159                 exit(-1);
 160         }
 161         else
 162             putchar('.');
 163         //N = pts.size();
 164         //pts.resize(N + n, cvPoint2D32f(0,0));
 165         //active[lr].push_back((uchar)result);
 166         is_found[lr] = result > 0 ? 1 : 0;
 167     //assert( result != 0 );
 168         if( result )
 169         {
 170          //Calibration will suffer without subpixel interpolation
 171             cvFindCornerSubPix( img, &temp[0], count,
 172                 cvSize(11, 11), cvSize(-1,-1),
 173                 cvTermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER+CV_TERMCRIT_EPS,
 174                 30, 0.01) );
 175             copy( temp.begin(), temp.end(), pts.begin() );
 176         }
 177         cvReleaseImage( &img );
 178
 179         if(lr)
 180         {
 181             if(is_found[0] == 1 && is_found[1] == 1)
 182             {
 183                 assert(temp_points[0].size() == temp_points[1].size());
 184                 int current_size = points[0].size();
 185
 186                 points[0].resize(current_size + temp_points[0].size(), cvPoint2D32f(0.0, 0.0));
 187                 points[1].resize(current_size + temp_points[1].size(), cvPoint2D32f(0.0, 0.0));
 188
 189                 copy(temp_points[0].begin(), temp_points[0].end(), points[0].begin() + current_size);
 190                 copy(temp_points[1].begin(), temp_points[1].end(), points[1].begin() + current_size);
 191
 192                 nframes++;
 193
 194                 printf("Pair successfully detected...\n");
 195             }
 196
 197             is_found[0] = 0;
 198             is_found[1] = 0;
 199
 200         }
 201     }
 202     fclose(f);
 203     printf("\n");
 204 // HARVEST CHESSBOARD 3D OBJECT POINT LIST:
 205     objectPoints.resize(nframes*n);
 206     for( i = 0; i < ny; i++ )
 207         for( j = 0; j < nx; j++ )
 208         objectPoints[i*nx + j] =
 209         cvPoint3D32f(i*squareSize, j*squareSize, 0);
 210     for( i = 1; i < nframes; i++ )
 211         copy( objectPoints.begin(), objectPoints.begin() + n,
 212         objectPoints.begin() + i*n );
 213     npoints.resize(nframes,n);
 214     N = nframes*n;
 215     CvMat _objectPoints = cvMat(1, N, CV_32FC3, &objectPoints[0] );
 216     CvMat _imagePoints1 = cvMat(1, N, CV_32FC2, &points[0][0] );
 217     CvMat _imagePoints2 = cvMat(1, N, CV_32FC2, &points[1][0] );
 218     CvMat _npoints = cvMat(1, npoints.size(), CV_32S, &npoints[0] );
 219     cvSetIdentity(&_M1);
 220     cvSetIdentity(&_M2);
 221     cvZero(&_D1);
 222     cvZero(&_D2);
 223
 224 // CALIBRATE THE STEREO CAMERAS
 225     printf("Running stereo calibration ...");
 226     fflush(stdout);
 227     cvStereoCalibrate( &_objectPoints, &_imagePoints1,
 228         &_imagePoints2, &_npoints,
 229         &_M1, &_D1, &_M2, &_D2,
 230         imageSize, &matR, &matT, &matE, &matF,
 231         cvTermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER+
 232         CV_TERMCRIT_EPS, 100, 1e-5),
 233         CV_CALIB_FIX_ASPECT_RATIO +
 234         CV_CALIB_ZERO_TANGENT_DIST +
 235         CV_CALIB_SAME_FOCAL_LENGTH +
 236         CV_CALIB_FIX_K3);
 237     printf(" done\n");
 238
 239 // CALIBRATION QUALITY CHECK
 240 // because the output fundamental matrix implicitly
 241 // includes all the output information,
 242 // we can check the quality of calibration using the
 243 // epipolar geometry constraint: m2^t*F*m1=0
 244     vector<CvPoint3D32f> lines[2];
 245     points[0].resize(N);
 246     points[1].resize(N);
 247     _imagePoints1 = cvMat(1, N, CV_32FC2, &points[0][0] );
 248     _imagePoints2 = cvMat(1, N, CV_32FC2, &points[1][0] );
 249     lines[0].resize(N);
 250     lines[1].resize(N);
 251     CvMat _L1 = cvMat(1, N, CV_32FC3, &lines[0][0]);
 252     CvMat _L2 = cvMat(1, N, CV_32FC3, &lines[1][0]);
 253 //Always work in undistorted space
 254     cvUndistortPoints( &_imagePoints1, &_imagePoints1,
 255         &_M1, &_D1, 0, &_M1 );
 256     cvUndistortPoints( &_imagePoints2, &_imagePoints2,
 257         &_M2, &_D2, 0, &_M2 );
 258     cvComputeCorrespondEpilines( &_imagePoints1, 1, &matF, &_L1 );
 259     cvComputeCorrespondEpilines( &_imagePoints2, 2, &matF, &_L2 );
 260     double avgErr = 0;
 261     for( i = 0; i < N; i++ )
 262     {
 263         double err = fabs(points[0][i].x*lines[1][i].x +
 264             points[0][i].y*lines[1][i].y + lines[1][i].z)
 265             + fabs(points[1][i].x*lines[0][i].x +
 266             points[1][i].y*lines[0][i].y + lines[0][i].z);
 267         avgErr += err;
 268     }
 269     printf( "avg err = %g\n", avgErr/(nframes*n) );
 270
 271     // save intrinsic parameters
 272     CvFileStorage* fstorage = cvOpenFileStorage("intrinsics.yml", NULL, CV_STORAGE_WRITE);
 273     cvWrite(fstorage, "M1", &_M1);
 274     cvWrite(fstorage, "D1", &_D1);
 275     cvWrite(fstorage, "M2", &_M2);
 276     cvWrite(fstorage, "D2", &_D2);
 277     cvReleaseFileStorage(&fstorage);
 278
 279 //COMPUTE AND DISPLAY RECTIFICATION
 280     if( showUndistorted )
 281     {
 282         CvMat* mx1 = cvCreateMat( imageSize.height,
 283             imageSize.width, CV_32F );
 284         CvMat* my1 = cvCreateMat( imageSize.height,
 285             imageSize.width, CV_32F );
 286         CvMat* mx2 = cvCreateMat( imageSize.height,
 287             imageSize.width, CV_32F );
 288         CvMat* my2 = cvCreateMat( imageSize.height,
 289             imageSize.width, CV_32F );
 290         CvMat* img1r = cvCreateMat( imageSize.height,
 291             imageSize.width, CV_8U );
 292         CvMat* img2r = cvCreateMat( imageSize.height,
 293             imageSize.width, CV_8U );
 294         CvMat* disp = cvCreateMat( imageSize.height,
 295             imageSize.width, CV_16S );
 296         double R1[3][3], R2[3][3], P1[3][4], P2[3][4];
 297         CvMat _R1 = cvMat(3, 3, CV_64F, R1);
 298         CvMat _R2 = cvMat(3, 3, CV_64F, R2);
 299 // IF BY CALIBRATED (BOUGUET'S METHOD)
 300         if( useUncalibrated == 0 )
 301         {
 302             CvMat _P1 = cvMat(3, 4, CV_64F, P1);
 303             CvMat _P2 = cvMat(3, 4, CV_64F, P2);
 304
 305             cvStereoRectify( &_M1, &_M2, &_D1, &_D2, imageSize,
 306                 &matR, &matT,
 307                 &_R1, &_R2, &_P1, &_P2, &matQ,
 308                 CV_CALIB_ZERO_DISPARITY,
 309                 1, imageSize, &roi1, &roi2);
 310
 311             CvFileStorage* file = cvOpenFileStorage("extrinsics.yml", NULL, CV_STORAGE_WRITE);
 312             cvWrite(file, "R", &matR);
 313             cvWrite(file, "T", &matT);
 314             cvWrite(file, "R1", &_R1);
 315             cvWrite(file, "R2", &_R2);
 316             cvWrite(file, "P1", &_P1);
 317             cvWrite(file, "P2", &_P2);
 318             cvWrite(file, "Q", &matQ);
 319             cvReleaseFileStorage(&file);
 320
 321             isVerticalStereo = fabs(P2[1][3]) > fabs(P2[0][3]);
 322             if(!isVerticalStereo)
 323                 roi2.x += imageSize.width;
 324             else
 325                 roi2.y += imageSize.height;
 326     //Precompute maps for cvRemap()
 327             cvInitUndistortRectifyMap(&_M1,&_D1,&_R1,&_P1,mx1,my1);
 328             cvInitUndistortRectifyMap(&_M2,&_D2,&_R2,&_P2,mx2,my2);
 329         }
 330 //OR ELSE HARTLEY'S METHOD
 331         else if( useUncalibrated == 1 || useUncalibrated == 2 )
 332      // use intrinsic parameters of each camera, but
 333      // compute the rectification transformation directly
 334      // from the fundamental matrix
 335         {
 336             double H1[3][3], H2[3][3], iM[3][3];
 337             CvMat _H1 = cvMat(3, 3, CV_64F, H1);
 338             CvMat _H2 = cvMat(3, 3, CV_64F, H2);
 339             CvMat _iM = cvMat(3, 3, CV_64F, iM);
 340     //Just to show you could have independently used F
 341             if( useUncalibrated == 2 )
 342                 cvFindFundamentalMat( &_imagePoints1,
 343                 &_imagePoints2, &matF);
 344             cvStereoRectifyUncalibrated( &_imagePoints1,
 345                 &_imagePoints2, &matF,
 346                 imageSize,
 347                 &_H1, &_H2, 3);
 348             cvInvert(&_M1, &_iM);
 349             cvMatMul(&_H1, &_M1, &_R1);
 350             cvMatMul(&_iM, &_R1, &_R1);
 351             cvInvert(&_M2, &_iM);
 352             cvMatMul(&_H2, &_M2, &_R2);
 353             cvMatMul(&_iM, &_R2, &_R2);
 354     //Precompute map for cvRemap()
 355             cvInitUndistortRectifyMap(&_M1,&_D1,&_R1,&_M1,mx1,my1);
 356
 357             cvInitUndistortRectifyMap(&_M2,&_D1,&_R2,&_M2,mx2,my2);
 358         }
 359         else
 360             assert(0);
 361
 362
 363         cvReleaseMat( &mx1 );
 364         cvReleaseMat( &my1 );
 365         cvReleaseMat( &mx2 );
 366         cvReleaseMat( &my2 );
 367         cvReleaseMat( &img1r );
 368         cvReleaseMat( &img2r );
 369         cvReleaseMat( &disp );
 370     }
 371 }
 372
 373 int main(int argc, char** argv)
 374 {
 375     StereoCalib(argc > 1 ? argv[1] : "stereo_calib.txt", 0);
 376     return 0;
 377 }
 378