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added useExtrnisicGuess parameter description; added useExtrinsicGuess parameter...
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1 \section{Camera Calibration and 3D Reconstruction}
2
3 The functions in this section use the so-called pinhole camera model. That
4 is, a scene view is formed by projecting 3D points into the image plane
5 using a perspective transformation.
6
7 \[
8 s \; m' = A [R|t] M'
9 \]
10
11 or
12
13 \[
14 s \vecthree{u}{v}{1} = \vecthreethree
15 {f_x}{0}{c_x}
16 {0}{f_y}{c_y}
17 {0}{0}{1}
18 \begin{bmatrix}
19  r_{11} & r_{12} & r_{13} & t_1 \\
20  r_{21} & r_{22} & r_{23} & t_2 \\
21  r_{31} & r_{32} & r_{33} & t_3
22 \end{bmatrix}
23 \begin{bmatrix}X\\Y\\Z\\1 \end{bmatrix}
24 \]
25
26 Where $(X, Y, Z)$ are the coordinates of a 3D point in the world
27 coordinate space, $(u, v)$ are the coordinates of the projection point
28 in pixels. $A$ is called a camera matrix, or a matrix of
29 intrinsic parameters. $(cx, cy)$ is a principal point (that is
30 usually at the image center), and $fx, fy$ are the focal lengths
31 expressed in pixel-related units. Thus, if an image from camera is
32 scaled by some factor, all of these parameters should
33 be scaled (multiplied/divided, respectively) by the same factor. The
34 matrix of intrinsic parameters does not depend on the scene viewed and,
35 once estimated, can be re-used (as long as the focal length is fixed (in
36 case of zoom lens)). The joint rotation-translation matrix $[R|t]$
37 is called a matrix of extrinsic parameters. It is used to describe the
38 camera motion around a static scene, or vice versa, rigid motion of an
39 object in front of still camera. That is, $[R|t]$ translates
40 coordinates of a point $(X, Y, Z)$ to some coordinate system,
41 fixed with respect to the camera. The transformation above is equivalent
42 to the following (when $z \ne 0$):
43
44 \[
45 \begin{array}{l}
46 \vecthree{x}{y}{z} = R \vecthree{X}{Y}{Z} + t\\
47 x' = x/z\\
48 y' = y/z\\
49 u = f_x*x' + c_x\\
50 v = f_y*y' + c_y
51 \end{array}
52 \]
53
54 Real lenses usually have some distortion, mostly
55 radial distortion and slight tangential distortion. So, the above model
56 is extended as:
57
58 \[
59 \begin{array}{l}
60 \vecthree{x}{y}{z} = R \vecthree{X}{Y}{Z} + t\\
61 x' = x/z\\
62 y' = y/z\\
63 x'' = x' (1 + k_1 r^2 + k_2 r^4 + k_3 r^6) + 2 p_1 x' y' + p_2(r^2 + 2 x'^2) \\
64 y'' = y' (1 + k_1 r^2 + k_2 r^4 + k_3 r^6) + p_1 (r^2 + 2 y'^2) + 2 p_2 x' y' \\
65 \text{where} \quad r^2 = x'^2 + y'^2 \\
66 u = f_x*x'' + c_x\\
67 v = f_y*y'' + c_y
68 \end{array}
69 \]
70
71 $k_1$, $k_2$, $k_3$ are radial distortion coefficients, $p_1$, $p_2$ are tangential distortion coefficients.
72 Higher-order coefficients are not considered in OpenCV. In the functions below the coefficients are passed or returned as
73 \[ (k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3]) \]vector. That is, if the vector contains 4 elements, it means that $k_3=0$.
74 The distortion coefficients do not depend on the scene viewed, thus they also belong to the intrinsic camera parameters.
75 \emph{And they remain the same regardless of the captured image resolution.}
76 That is, if, for example, a camera has been calibrated on images of $320
77 \times 240$ resolution, absolutely the same distortion coefficients can
78 be used for images of $640 \times 480$ resolution from the same camera (while $f_x$,
79 $f_y$, $c_x$ and $c_y$ need to be scaled appropriately).
80
81 The functions below use the above model to
82
83 \begin{itemize}
84  \item Project 3D points to the image plane given intrinsic and extrinsic parameters
85  \item Compute extrinsic parameters given intrinsic parameters, a few 3D points and their projections.
86  \item Estimate intrinsic and extrinsic camera parameters from several views of a known calibration pattern (i.e. every view is described by several 3D-2D point correspondences).
87  \item Estimate the relative position and orientation of the stereo camera "heads" and compute the \emph{rectification} transformation that makes the camera optical axes parallel.
88 \end{itemize}
89
90 \ifCPy
91
92 \cvCPyFunc{CalcImageHomography}
93 Calculates the homography matrix for an oblong planar object (e.g. arm).
94
95 \cvdefC{
96 void cvCalcImageHomography( \par float* line,\par CvPoint3D32f* center,\par float* intrinsic,\par float* homography );
97 }
98 \cvdefPy{CalcImageHomography(line,center)-> (intrinsic,homography)}
99
100 \begin{description}
101 \cvarg{line}{the main object axis direction (vector (dx,dy,dz))}
102 \cvarg{center}{object center ((cx,cy,cz))}
103 \cvarg{intrinsic}{intrinsic camera parameters (3x3 matrix)}
104 \cvarg{homography}{output homography matrix (3x3)}
105 \end{description}
106
107 The function calculates the homography
108 matrix for the initial image transformation from image plane to the
109 plane, defined by a 3D oblong object line (See \_\_Figure 6-10\_\_
110 in the OpenCV Guide 3D Reconstruction Chapter).
111
112 \fi
113
114 \ifCPy
115 \cvCPyFunc{CalibrateCamera2}
116 \else
117 \cvCppFunc{calibrateCamera}
118 \fi
119 Finds the camera intrinsic and extrinsic parameters from several views of a calibration pattern.
120
121 \cvdefC{double cvCalibrateCamera2( \par const CvMat* objectPoints,\par const CvMat* imagePoints,\par const CvMat* pointCounts,\par CvSize imageSize,\par CvMat* cameraMatrix,\par CvMat* distCoeffs,\par CvMat* rvecs=NULL,\par CvMat* tvecs=NULL,\par int flags=0 );}
122 \cvdefPy{CalibrateCamera2(objectPoints,imagePoints,pointCounts,imageSize,cameraMatrix,distCoeffs,rvecs,tvecs,flags=0)-> None}
123 \cvdefCpp{double calibrateCamera( const vector<vector<Point3f> >\& objectPoints,\par
124                       const vector<vector<Point2f> >\& imagePoints,\par
125                       Size imageSize,\par
126                       Mat\& cameraMatrix, Mat\& distCoeffs,\par
127                       vector<Mat>\& rvecs, vector<Mat>\& tvecs,\par
128                       int flags=0 );}
129 \begin{description}
130 \ifCPy
131 \cvarg{objectPoints}{The joint matrix of object points - calibration pattern features in the model coordinate space. It is floating-point 3xN or Nx3 1-channel, or 1xN or Nx1 3-channel array, where N is the total number of points in all views.}
132 \cvarg{imagePoints}{The joint matrix of object points projections in the camera views. It is floating-point 2xN or Nx2 1-channel, or 1xN or Nx1 2-channel array, where N is the total number of points in all views}
133 \cvarg{pointCounts}{Integer 1xM or Mx1 vector (where M is the number of calibration pattern views) containing the number of points in each particular view. The sum of vector elements must match the size of \texttt{objectPoints} and \texttt{imagePoints} (=N).}
134 \fi
135 \ifCpp
136 \cvarg{objectPoints}{The vector of vectors of points on the calibration pattern in its coordinate system, one vector per view. If the same calibration pattern is shown in each view and it's fully visible then all the vectors will be the same, although it is possible to use partially occluded patterns, or even different patterns in different views - then the vectors will be different. The points are 3D, but since they are in the pattern coordinate system, then if the rig is planar, it may have sense to put the model to the XY coordinate plane, so that Z-coordinate of each input object point is 0}
137 \cvarg{imagePoints}{The vector of vectors of the object point projections on the calibration pattern views, one vector per a view. The projections must be in the same order as the corresponding object points.}
138 \fi
139 \cvarg{imageSize}{Size of the image, used only to initialize the intrinsic camera matrix}
140 \cvarg{cameraMatrix}{The output 3x3 floating-point camera matrix $A = \vecthreethree{f_x}{0}{c_x}{0}{f_y}{c_y}{0}{0}{1}$.\newline
141 If \texttt{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS} and/or \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_ASPECT\_RATIO} are specified, some or all of \texttt{fx, fy, cx, cy} must be initialized before calling the function}
142 \cvarg{distCoeffs}{The output \cvCPy{4x1, 1x4,} 5x1 or 1x5 vector of distortion coefficients $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$}.
143 \cvarg{rvecs}{The output \cvCPy{3x\emph{M} or \emph{M}x3 1-channel, or 1x\emph{M} or \emph{M}x1 3-channel array}\cvCpp{vector} of rotation vectors (see \cvCross{Rodrigues2}{Rodrigues}), estimated for each pattern view. That is, each k-th rotation vector together with the corresponding k-th translation vector (see the next output parameter description) brings the calibration pattern from the model coordinate space (in which object points are specified) to the world coordinate space, i.e. real position of the calibration pattern in the k-th pattern view (k=0..\emph{M}-1)}
144 \cvarg{tvecs}{The output \cvCPy{3x\emph{M} or \emph{M}x3 1-channel, or 1x\emph{M} or \emph{M}x1 3-channel array}\cvCpp{vector} of translation vectors, estimated for each pattern view.}
145 \cvarg{flags}{Different flags, may be 0 or combination of the following values:
146 \begin{description}
147 \cvarg{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS}{\texttt{cameraMatrix} contains the valid initial values of \texttt{fx, fy, cx, cy} that are optimized further. Otherwise, \texttt{(cx, cy)} is initially set to the image center (\texttt{imageSize} is used here), and focal distances are computed in some least-squares fashion. Note, that if intrinsic parameters are known, there is no need to use this function just to estimate the extrinsic parameters. Use \cvCross{FindExtrinsicCameraParams2}{solvePnP} instead.}
148 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_PRINCIPAL\_POINT}{The principal point is not changed during the global optimization, it stays at the center or at the other location specified when \newline \texttt{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS} is set too.}
149 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_ASPECT\_RATIO}{The functions considers only \texttt{fy} as a free parameter, the ratio \texttt{fx/fy} stays the same as in the input \texttt{cameraMatrix}. \newline When \texttt{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS} is not set, the actual input values of \texttt{fx} and \texttt{fy} are ignored, only their ratio is computed and used further.}
150 \cvarg{CV\_CALIB\_ZERO\_TANGENT\_DIST}{Tangential distortion coefficients $(p_1, p_2)$ will be set to zeros and stay zero.}}
151 \end{description}
152 \end{description}
153
154 The function estimates the intrinsic camera
155 parameters and extrinsic parameters for each of the views. The
156 coordinates of 3D object points and their correspondent 2D projections
157 in each view must be specified. That may be achieved by using an
158 object with known geometry and easily detectable feature points.
159 Such an object is called a calibration rig or calibration pattern,
160 and OpenCV has built-in support for a chessboard as a calibration
161 rig (see \cvCross{FindChessboardCorners}{findChessboardCorners}). Currently, initialization
162 of intrinsic parameters (when \texttt{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS}
163 is not set) is only implemented for planar calibration patterns
164 (where z-coordinates of the object points must be all 0's). 3D
165 calibration rigs can also be used as long as initial \texttt{cameraMatrix}
166 is provided.
167
168 The algorithm does the following:
169 \begin{enumerate}
170     \item First, it computes the initial intrinsic parameters (the option only available for planar calibration patterns) or reads them from the input parameters. The distortion coefficients are all set to zeros initially (unless some of \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_K?} are specified).
171     \item The initial camera pose is estimated as if the intrinsic parameters have been already known. This is done using \cvCross{FindExtrinsicCameraParams2}{solvePnP}
172     \item After that the global Levenberg-Marquardt optimization algorithm is run to minimize the reprojection error, i.e. the total sum of squared distances between the observed feature points \texttt{imagePoints} and the projected (using the current estimates for camera parameters and the poses) object points \texttt{objectPoints}; see \cvCross{ProjectPoints2}{projectPoints}.
173 \end{enumerate}
174
175 \ifPy
176 \else
177 The function returns the final re-projection error.
178 \fi
179
180 Note: if you're using a non-square (=non-NxN) grid and
181 \cvCppCross{findChessboardCorners} for calibration, and \texttt{calibrateCamera} returns
182 bad values (i.e. zero distortion coefficients, an image center very far from
183 $(w/2-0.5,h/2-0.5)$, and / or large differences between $f_x$ and $f_y$ (ratios of
184 10:1 or more)), then you've probably used \texttt{patternSize=cvSize(rows,cols)},
185 but should use \texttt{patternSize=cvSize(cols,rows)} in \cvCross{FindChessboardCorners}{findChessboardCorners}.
186
187 See also: \cvCross{FindChessboardCorners}{findChessboardCorners}, \cvCross{FindExtrinsicCameraParams2}{solvePnP}, \cvCppCross{initCameraMatrix2D}, \cvCross{StereoCalibrate}{stereoCalibrate}, \cvCross{Undistort2}{undistort}
188
189 \ifCpp
190
191 \cvCppFunc{calibrationMatrixValues}
192 Computes some useful camera characteristics from the camera matrix
193
194 \cvdefCpp{void calibrationMatrixValues( const Mat\& cameraMatrix,\par
195                               Size imageSize,\par
196                               double apertureWidth,\par
197                               double apertureHeight,\par
198                               double\& fovx,\par
199                               double\& fovy,\par
200                               double\& focalLength,\par
201                               Point2d\& principalPoint,\par
202                               double\& aspectRatio );}
203 \begin{description}
204 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix that can be estimated by \cvCppCross{calibrateCamera} or \cvCppCross{stereoCalibrate}}
205 \cvarg{imageSize}{The input image size in pixels}
206 \cvarg{apertureWidth}{Physical width of the sensor}
207 \cvarg{apertureHeight}{Physical height of the sensor}
208 \cvarg{fovx}{The output field of view in degrees along the horizontal sensor axis}
209 \cvarg{fovy}{The output field of view in degrees along the vertical sensor axis}
210 \cvarg{focalLength}{The focal length of the lens in mm}
211 \cvarg{principalPoint}{The principal point in pixels}
212 \cvarg{aspectRatio}{$f_y/f_x$}
213 \end{description}
214
215 The function computes various useful camera characteristics from the previously estimated camera matrix.
216
217 \cvCppFunc{composeRT}
218 Combines two rotation-and-shift transformations
219
220 \cvdefCpp{void composeRT( const Mat\& rvec1, const Mat\& tvec1,\par
221                 const Mat\& rvec2, const Mat\& tvec2,\par
222                 Mat\& rvec3, Mat\& tvec3 );\newline
223 void composeRT( const Mat\& rvec1, const Mat\& tvec1,\par
224                 const Mat\& rvec2, const Mat\& tvec2,\par
225                 Mat\& rvec3, Mat\& tvec3,\par
226                 Mat\& dr3dr1, Mat\& dr3dt1,\par
227                 Mat\& dr3dr2, Mat\& dr3dt2,\par
228                 Mat\& dt3dr1, Mat\& dt3dt1,\par
229                 Mat\& dt3dr2, Mat\& dt3dt2 );}
230 \begin{description}
231 \cvarg{rvec1}{The first rotation vector}
232 \cvarg{tvec1}{The first translation vector}
233 \cvarg{rvec2}{The second rotation vector}
234 \cvarg{tvec2}{The second translation vector}
235 \cvarg{rvec3}{The output rotation vector of the superposition}
236 \cvarg{tvec3}{The output translation vector of the superposition}
237 \cvarg{d??d??}{The optional output derivatives of \texttt{rvec3} or \texttt{tvec3} w.r.t. \texttt{rvec?} or \texttt{tvec?}}
238 \end{description}
239
240 The functions compute:
241
242 \[ \begin{array}{l}
243 \texttt{rvec3} = \mathrm{rodrigues}^{-1}\left(\mathrm{rodrigues}(\texttt{rvec2}) \cdot
244 \mathrm{rodrigues}(\texttt{rvec1})\right) \\
245 \texttt{tvec3} = \mathrm{rodrigues}(\texttt{rvec2}) \cdot \texttt{tvec1} + \texttt{tvec2}
246 \end{array}, \]
247
248 where $\mathrm{rodrigues}$ denotes a rotation vector to rotation matrix transformation, and $\mathrm{rodrigues}^{-1}$ denotes the inverse transformation, see \cvCppCross{Rodrigues}.
249
250 Also, the functions can compute the derivatives of the output vectors w.r.t the input vectors (see \cvCppCross{matMulDeriv}).
251 The functions are used inside \cvCppCross{stereoCalibrate} but can also be used in your own code where Levenberg-Marquardt or another gradient-based solver is used to optimize a function that contains matrix multiplication.
252
253 \fi
254
255 \ifCPy
256 \cvCPyFunc{ComputeCorrespondEpilines}
257 \else
258 \cvCppFunc{computeCorrespondEpilines}
259 \fi
260 For points in one image of a stereo pair, computes the corresponding epilines in the other image.
261
262 \cvdefC{void cvComputeCorrespondEpilines( \par const CvMat* points,\par int whichImage,\par const CvMat* F, \par CvMat* lines);}
263 \cvdefPy{ComputeCorrespondEpilines(points, whichImage, F, lines) -> None}
264 \cvdefCpp{void computeCorrespondEpilines( const Mat\& points,\par
265                                 int whichImage, const Mat\& F,\par
266                                 vector<Vec3f>\& lines );}
267 \begin{description}
268 \cvCPy{\cvarg{points}{The input points. \texttt{2xN, Nx2, 3xN} or \texttt{Nx3} array (where \texttt{N} number of points). Multi-channel \texttt{1xN} or \texttt{Nx1} array is also acceptable}}
269 \cvCpp{\cvarg{points}{The input points. $N \times 1$ or $1 \times N$ matrix of type \texttt{CV\_32FC2} or \texttt{vector<Point2f>}}}
270 \cvarg{whichImage}{Index of the image (1 or 2) that contains the \texttt{points}}
271 \cvarg{F}{The fundamental matrix that can be estimated using \cvCross{FindFundamentalMat}{findFundamentalMat}
272 or \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}.}
273 \cvarg{lines}{\cvCPy{The output epilines, a \texttt{3xN} or \texttt{Nx3} array.}\cvCpp{The output vector of the corresponding to the points epipolar lines in the other image.} Each line $ax + by + c=0$ is encoded by 3 numbers $(a, b, c)$}
274 \end{description}
275
276 For every point in one of the two images of a stereo-pair the function finds the equation of the
277 corresponding epipolar line in the other image.
278
279 From the fundamental matrix definition (see \cvCross{FindFundamentalMat}{findFundamentalMat}),
280 line $l^{(2)}_i$ in the second image for the point $p^{(1)}_i$ in the first image (i.e. when \texttt{whichImage=1}) is computed as:
281
282 \[ l^{(2)}_i = F p^{(1)}_i \]
283
284 and, vice versa, when \texttt{whichImage=2}, $l^{(1)}_i$ is computed from $p^{(2)}_i$ as:
285
286 \[ l^{(1)}_i = F^T p^{(2)}_i \]
287
288 Line coefficients are defined up to a scale. They are normalized, such that $a_i^2+b_i^2=1$.
289
290 \ifCPy
291 \cvCPyFunc{ConvertPointsHomogeneous}
292 \else
293 \cvCppFunc{convertPointsHomogeneous}
294 \fi
295 Convert points to/from homogeneous coordinates.
296
297 \cvdefC{void cvConvertPointsHomogeneous( \par const CvMat* src,\par CvMat* dst );}
298
299 \cvdefPy{ConvertPointsHomogeneous( src, dst ) -> None}
300
301 \cvdefCpp{void convertPointsHomogeneous( const Mat\& src, vector<Point3f>\& dst );
302
303 void convertPointsHomogeneous( const Mat\& src, vector<Point2f>\& dst );}
304
305 \begin{description}
306 \ifC
307 \cvarg{src}{The input point array, \texttt{2xN, Nx2, 3xN, Nx3, 4xN or Nx4 (where \texttt{N} is the number of points)}. Multi-channel \texttt{1xN} or \texttt{Nx1} array is also acceptable}
308 \cvarg{dst}{The output point array, must contain the same number of points as the input; The dimensionality must be the same, 1 less or 1 more than the input, and also within 2 to 4}
309 \else
310 \cvarg{src}{The input array or vector of 2D or 3D points}
311 \cvarg{dst}{The output vector of 3D or 2D points, respectively}
312 \fi
313 \end{description}
314
315 The \cvC{function converts}\cvCpp{functions convert} 2D or 3D points from/to homogeneous coordinates, or simply \cvC{copies or transposes}\cvCpp{copy or transpose} the array. If the input array dimensionality is larger than the output, each coordinate is divided by the last coordinate:
316
317 \[
318 \begin{array}{l}
319 (x,y[,z],w) -> (x',y'[,z'])\\
320 \text{where} \\
321 x' = x/w \\
322 y' = y/w \\
323 z' = z/w \quad \text{(if output is 3D)}
324 \end{array}
325 \]
326
327 If the output array dimensionality is larger, an extra 1 is appended to each point.  Otherwise, the input array is simply copied (with optional transposition) to the output.
328
329 \cvC{\textbf{Note} because the function accepts a large variety of array layouts, it may report an error when input/output array dimensionality is ambiguous. It is always safe to use the function with number of points $\texttt{N} \ge 5$, or to use multi-channel \texttt{Nx1} or \texttt{1xN} arrays.}
330
331 \ifCPy
332
333 \cvCPyFunc{CreatePOSITObject}
334 Initializes a structure containing object information.
335
336 \cvdefC{
337 CvPOSITObject* cvCreatePOSITObject( \par CvPoint3D32f* points,\par int point\_count );
338 }\cvdefPy{CreatePOSITObject(points)-> POSITObject}
339
340 \begin{description}
341 \ifC
342 \cvarg{points}{Pointer to the points of the 3D object model}
343 \cvarg{point\_count}{Number of object points}
344 \else
345 \cvarg{points}{List of 3D points}
346 \fi
347 \end{description}
348
349 The function allocates memory for the object structure and computes the object inverse matrix.
350
351 The preprocessed object data is stored in the structure \cvCPyCross{CvPOSITObject}, internal for OpenCV, which means that the user cannot directly access the structure data. The user may only create this structure and pass its pointer to the function.
352
353 An object is defined as a set of points given in a coordinate system. The function \cvCPyCross{POSIT} computes a vector that begins at a camera-related coordinate system center and ends at the \texttt{points[0]} of the object.
354
355 Once the work with a given object is finished, the function \cvCPyCross{ReleasePOSITObject} must be called to free memory.
356
357 \cvCPyFunc{CreateStereoBMState}
358 Creates block matching stereo correspondence structure.
359
360 \cvdefC{
361
362 CvStereoBMState* cvCreateStereoBMState( int preset=CV\_STEREO\_BM\_BASIC,
363                                         int numberOfDisparities=0 );
364
365 }
366 \cvdefPy{CreateStereoBMState(preset=CV\_STEREO\_BM\_BASIC,numberOfDisparities=0)-> StereoBMState}
367
368 \begin{description}
369 \cvarg{preset}{ID of one of the pre-defined parameter sets. Any of the parameters can be overridden after creating the structure.  Values are
370 \begin{description}
371 \cvarg{CV\_STEREO\_BM\_BASIC}{Parameters suitable for general cameras}
372 \cvarg{CV\_STEREO\_BM\_FISH\_EYE}{Parameters suitable for wide-angle cameras}
373 \cvarg{CV\_STEREO\_BM\_NARROW}{Parameters suitable for narrow-angle cameras}
374 \end{description}
375 }
376 \cvarg{numberOfDisparities}{The number of disparities. If the parameter is 0, it is taken from the preset, otherwise the supplied value overrides the one from preset.}
377 \end{description}
378
379 The function creates the stereo correspondence structure and initializes
380 it. It is possible to override any of the parameters at any time between
381 the calls to \cvCPyCross{FindStereoCorrespondenceBM}.
382
383 \cvCPyFunc{CreateStereoGCState}
384 Creates the state of graph cut-based stereo correspondence algorithm.
385
386 \cvdefC{
387
388 CvStereoGCState* cvCreateStereoGCState( int numberOfDisparities,
389                                         int maxIters );
390
391 }
392 \cvdefPy{CreateStereoGCState(numberOfDisparities,maxIters)-> StereoGCState}
393
394 \begin{description}
395 \cvarg{numberOfDisparities}{The number of disparities. The disparity search range will be $\texttt{state->minDisparity} \le disparity < \texttt{state->minDisparity} + \texttt{state->numberOfDisparities}$}
396 \cvarg{maxIters}{Maximum number of iterations. On each iteration all possible (or reasonable) alpha-expansions are tried. The algorithm may terminate earlier if it could not find an alpha-expansion that decreases the overall cost function value. See \cite{Kolmogorov03}  for details. }
397 \end{description}
398
399 The function creates the stereo correspondence structure and initializes it. It is possible to override any of the parameters at any time between the calls to \cvCPyCross{FindStereoCorrespondenceGC}.
400
401 \cvclass{CvStereoBMState}
402 The structure for block matching stereo correspondence algorithm.
403
404 \ifC
405 \begin{lstlisting}
406 typedef struct CvStereoBMState
407 {
408     //pre filters (normalize input images):
409     int       preFilterType; // 0 for now
410     int       preFilterSize; // ~5x5..21x21
411     int       preFilterCap;  // up to ~31
412     //correspondence using Sum of Absolute Difference (SAD):
413     int       SADWindowSize; // Could be 5x5..21x21
414     int       minDisparity;  // minimum disparity (=0)
415     int       numberOfDisparities; // maximum disparity - minimum disparity
416     //post filters (knock out bad matches):
417     int       textureThreshold; // areas with no texture are ignored
418     int       uniquenessRatio;// invalidate disparity at pixels where there are other close matches
419                               // with different disparity
420     int       speckleWindowSize; // the maximum area of speckles to remove
421                                  // (set to 0 to disable speckle filtering)
422     int       speckleRange; // acceptable range of disparity variation in each connected component
423     
424     int trySmallerWindows; // not used 
425     CvRect roi1, roi2; // clipping ROIs
426     
427     int disp12MaxDiff; // maximum allowed disparity difference in the left-right check 
428     
429     // internal data
430     ...
431 }
432 CvStereoBMState;
433 \end{lstlisting}
434 \fi
435 \begin{description}
436 \cvarg{preFilterType}{type of the prefilter, \texttt{CV\_STEREO\_BM\_NORMALIZED\_RESPONSE} or the default and the recommended \texttt{CV\_STEREO\_BM\_XSOBEL}, int}
437 \cvarg{preFilterSize}{~5x5..21x21, int}
438 \cvarg{preFilterCap}{up to ~31, int}
439 \cvarg{SADWindowSize}{Could be 5x5..21x21 or higher, but with 21x21 or smaller windows the processing speed is much higher, int}
440 \cvarg{minDisparity}{minimum disparity (=0), int}
441 \cvarg{numberOfDisparities}{maximum disparity - minimum disparity, int}
442 \cvarg{textureThreshold}{the textureness threshold. That is, if the sum of absolute values of x-derivatives computed over \texttt{SADWindowSize} by \texttt{SADWindowSize} pixel neighborhood is smaller than the parameter, no disparity is computed at the pixel, int}
443 \cvarg{uniquenessRatio}{the minimum margin in percents between the best (minimum) cost function value and the second best value to accept the computed disparity, int}
444 \cvarg{speckleWindowSize}{the maximum area of speckles to remove (set to 0 to disable speckle filtering), int}
445 \cvarg{speckleRange}{acceptable range of disparity variation in each connected component, int}
446 \cvarg{trySmallerWindows}{not used currently (0), int}
447 \cvarg{roi1, roi2}{These are the clipping ROIs for the left and the right images. The function \cvCPyCross{StereoRectify} returns the largest rectangles in the left and right images where after the rectification all the pixels are valid. If you copy those rectangles to the \texttt{CvStereoBMState} structure, the stereo correspondence function will automatically clear out the pixels outside of the "valid" disparity rectangle computed by \cvCPyCross{GetValidDisparityROI}. Thus you will get more "invalid disparity" pixels than usual, but the remaining pixels are more probable to be valid.}
448 \cvarg{disp12MaxDiff}{The maximum allowed difference between the explicitly computed left-to-right disparity map and the implicitly (by \cvCPyCross{ValidateDisparity}) computed right-to-left disparity. If for some pixel the difference is larger than the specified threshold, the disparity at the pixel is invalidated. By default this parameter is set to (-1), which means that the left-right check is not performed.}
449 \end{description}
450
451
452 The block matching stereo correspondence algorithm, by Kurt Konolige, is very fast single-pass stereo matching algorithm that uses sliding sums of absolute differences between pixels in the left image and the pixels in the right image, shifted by some varying amount of pixels (from \texttt{minDisparity} to \texttt{minDisparity+numberOfDisparities}). On a pair of images WxH the algorithm computes disparity in \texttt{O(W*H*numberOfDisparities)} time. In order to improve quality and readability of the disparity map, the algorithm includes pre-filtering and post-filtering procedures.
453
454 Note that the algorithm searches for the corresponding blocks in x direction only. It means that the supplied stereo pair should be rectified. Vertical stereo layout is not directly supported, but in such a case the images could be transposed by user.
455
456 \cvclass{CvStereoGCState}
457 The structure for graph cuts-based stereo correspondence algorithm
458
459 \ifC
460 \begin{lstlisting}
461 typedef struct CvStereoGCState
462 {
463     int Ithreshold; // threshold for piece-wise linear data cost function (5 by default)
464     int interactionRadius; // radius for smoothness cost function (1 by default; means Potts model)
465     float K, lambda, lambda1, lambda2; // parameters for the cost function
466                                        // (usually computed adaptively from the input data)
467     int occlusionCost; // 10000 by default
468     int minDisparity; // 0 by default; see CvStereoBMState
469     int numberOfDisparities; // defined by user; see CvStereoBMState
470     int maxIters; // number of iterations; defined by user.
471
472     // internal buffers
473     CvMat* left;
474     CvMat* right;
475     CvMat* dispLeft;
476     CvMat* dispRight;
477     CvMat* ptrLeft;
478     CvMat* ptrRight;
479     CvMat* vtxBuf;
480     CvMat* edgeBuf;
481 }
482 CvStereoGCState;
483 \end{lstlisting}
484 \else
485 \begin{description}
486 \cvarg{Ithreshold}{threshold for piece-wise linear data cost function (5 by default)}
487 \cvarg{interactionRadius}{radius for smoothness cost function (1 by default; means Potts model)}
488 \cvarg{K, lambda, lambda1, lambda2}{parameters for the cost function (usually computed adaptively from the input data)}
489 \cvarg{occlusionCost}{10000 by default}
490 \cvarg{minDisparity}{0 by default; see \cross{CvStereoBMState}}
491 \cvarg{numberOfDisparities}{defined by user; see \cross{CvStereoBMState}}
492 \cvarg{maxIters}{number of iterations; defined by user.}
493 \end{description}
494 \fi
495
496 The graph cuts stereo correspondence algorithm, described in \cite{Kolmogorov03} (as \textbf{KZ1}), is non-realtime stereo correspondence algorithm that usually gives very accurate depth map with well-defined object boundaries. The algorithm represents stereo problem as a sequence of binary optimization problems, each of those is solved using maximum graph flow algorithm. The state structure above should not be allocated and initialized manually; instead, use \cvCPyCross{CreateStereoGCState} and then override necessary parameters if needed.
497
498 \fi
499
500 \ifCPy
501 \cvCPyFunc{DecomposeProjectionMatrix}
502 \else
503 \cvCppFunc{decomposeProjectionMatrix}
504 \fi
505 Decomposes the projection matrix into a rotation matrix and a camera matrix.
506
507 \cvdefC{
508 void cvDecomposeProjectionMatrix( \par const CvMat *projMatrix,\par CvMat *cameraMatrix,\par CvMat *rotMatrix,\par CvMat *transVect,\par CvMat *rotMatrX=NULL,\par CvMat *rotMatrY=NULL,\par CvMat *rotMatrZ=NULL,\par CvPoint3D64f *eulerAngles=NULL);
509 }
510
511 \cvdefPy{DecomposeProjectionMatrix(projMatrix, cameraMatrix, rotMatrix, transVect, rotMatrX = None, rotMatrY = None, rotMatrZ = None) -> eulerAngles}
512
513 \cvdefCpp{void decomposeProjectionMatrix( const Mat\& projMatrix,\par
514                                 Mat\& cameraMatrix,\par
515                                 Mat\& rotMatrix, Mat\& transVect );\newline
516 void decomposeProjectionMatrix( const Mat\& projMatrix, \par
517                                 Mat\& cameraMatrix,\par
518                                 Mat\& rotMatrix, Mat\& transVect,\par
519                                 Mat\& rotMatrixX, Mat\& rotMatrixY,\par
520                                 Mat\& rotMatrixZ, Vec3d\& eulerAngles );}
521 \begin{description}
522 \cvarg{projMatrix}{The 3x4 input projection matrix P}
523 \cvarg{cameraMatrix}{The output 3x3 camera matrix K}
524 \cvarg{rotMatrix}{The output 3x3 external rotation matrix R}
525 \cvarg{transVect}{The output 4x1 translation vector T}
526 \cvarg{rotMatrX}{Optional 3x3 rotation matrix around x-axis}
527 \cvarg{rotMatrY}{Optional 3x3 rotation matrix around y-axis}
528 \cvarg{rotMatrZ}{Optional 3x3 rotation matrix around z-axis}
529 \cvarg{eulerAngles}{Optional 3 points containing the three Euler angles of rotation}
530 \end{description}
531
532 The function computes a decomposition of a projection matrix into a calibration and a rotation matrix and the position of the camera.
533
534 It optionally returns three rotation matrices, one for each axis, and the three Euler angles that could be used in OpenGL.
535
536 The function is based on \cvCross{RQDecomp3x3}{RQDecomp3x3}.
537
538 \ifCPy
539 \cvCPyFunc{DrawChessboardCorners}
540 \else
541 \cvCppFunc{drawChessboardCorners}
542 \fi
543 Renders the detected chessboard corners.
544
545 \cvdefC{
546 void cvDrawChessboardCorners( \par CvArr* image,\par CvSize patternSize,\par CvPoint2D32f* corners,\par int count,\par int patternWasFound );
547 }\cvdefPy{DrawChessboardCorners(image,patternSize,corners,patternWasFound)-> None}
548 \cvdefCpp{void drawChessboardCorners( Mat\& image, Size patternSize,\par
549                             const Mat\& corners,\par
550                             bool patternWasFound );}
551 \begin{description}
552 \cvarg{image}{The destination image; it must be an 8-bit color image}
553 \cvarg{patternSize}{The number of inner corners per chessboard row and column. (patternSize = cvSize(points\_per\_row,points\_per\_colum) = cvSize(columns,rows) )}
554 \cvarg{corners}{The array of corners detected}
555 \cvC{\cvarg{count}{The number of corners}}
556 \cvarg{patternWasFound}{Indicates whether the complete board was found \cvCPy{$(\ne 0)$} or not \cvCPy{$(=0)$}. One may just pass the return value \cvCPyCross{FindChessboardCorners}{findChessboardCorners} here}
557 \end{description}
558
559 The function draws the individual chessboard corners detected as red circles if the board was not found or as colored corners connected with lines if the board was found.
560
561 \ifCPy
562 \cvCPyFunc{FindChessboardCorners}
563 \else
564 \cvCppFunc{findChessboardCorners}
565 \fi
566 Finds the positions of the internal corners of the chessboard.
567
568 \cvdefC{int cvFindChessboardCorners( \par const void* image,\par CvSize patternSize,\par CvPoint2D32f* corners,\par int* cornerCount=NULL,\par int flags=CV\_CALIB\_CB\_ADAPTIVE\_THRESH );}
569 \cvdefPy{FindChessboardCorners(image, patternSize, flags=CV\_CALIB\_CB\_ADAPTIVE\_THRESH) -> corners}
570 \cvdefCpp{bool findChessboardCorners( const Mat\& image, Size patternSize,\par
571                             vector<Point2f>\& corners,\par
572                             int flags=CV\_CALIB\_CB\_ADAPTIVE\_THRESH+\par
573                                  CV\_CALIB\_CB\_NORMALIZE\_IMAGE );}
574 \begin{description}
575 \cvarg{image}{Source chessboard view; it must be an 8-bit grayscale or color image}
576 \cvarg{patternSize}{The number of inner corners per chessboard row and column
577 ( patternSize = cvSize(points\_per\_row,points\_per\_colum) = cvSize(columns,rows) )}
578 \cvarg{corners}{The output array of corners detected}
579 \cvC{\cvarg{cornerCount}{The output corner counter. If it is not NULL, it stores the number of corners found}}
580 \cvarg{flags}{Various operation flags, can be 0 or a combination of the following values:
581 \begin{description}
582  \cvarg{CV\_CALIB\_CB\_ADAPTIVE\_THRESH}{use adaptive thresholding to convert the image to black and white, rather than a fixed threshold level (computed from the average image brightness).}
583  \cvarg{CV\_CALIB\_CB\_NORMALIZE\_IMAGE}{normalize the image gamma with \cvCross{EqualizeHist}{equalizeHist} before applying fixed or adaptive thresholding.}
584  \cvarg{CV\_CALIB\_CB\_FILTER\_QUADS}{use additional criteria (like contour area, perimeter, square-like shape) to filter out false quads that are extracted at the contour retrieval stage.}
585 \end{description}}
586 \end{description}
587
588 The function attempts to determine
589 whether the input image is a view of the chessboard pattern and
590 locate the internal chessboard corners. The function returns a non-zero
591 value if all of the corners have been found and they have been placed
592 in a certain order (row by row, left to right in every row),
593 otherwise, if the function fails to find all the corners or reorder
594 them, it returns 0. For example, a regular chessboard has 8 x 8
595 squares and 7 x 7 internal corners, that is, points, where the black
596 squares touch each other. The coordinates detected are approximate,
597 and to determine their position more accurately, the user may use
598 the function \cvCross{FindCornerSubPix}{cornerSubPix}.
599
600 \textbf{Note:} the function requires some white space (like a square-thick border, the wider the better) around the board to make the detection more robust in various environment (otherwise if there is no border and the background is dark, the outer black squares could not be segmented properly and so the square grouping and ordering algorithm will fail).
601
602 \ifCPy
603 \cvCPyFunc{FindExtrinsicCameraParams2}
604 \else
605 \cvCppFunc{solvePnP}
606 \fi
607 Finds the object pose from the 3D-2D point correspondences
608
609 \cvdefC{void cvFindExtrinsicCameraParams2( \par const CvMat* objectPoints,\par const CvMat* imagePoints,\par const CvMat* cameraMatrix,\par const CvMat* distCoeffs,\par CvMat* rvec,\par CvMat* tvec, \par int useExtrinsicGuess=0);}
610 \cvdefPy{FindExtrinsicCameraParams2(objectPoints,imagePoints,cameraMatrix,distCoeffs,rvec,tvec,useExtrinsicGuess=0)-> None}
611 \cvdefCpp{void solvePnP( const Mat\& objectPoints,\par
612                const Mat\& imagePoints,\par
613                const Mat\& cameraMatrix,\par
614                const Mat\& distCoeffs,\par
615                Mat\& rvec, Mat\& tvec,\par
616                bool useExtrinsicGuess=false );}
617 \begin{description}
618 \cvarg{objectPoints}{The array of object points in the object coordinate space, 3xN or Nx3 1-channel, or 1xN or Nx1 3-channel, where N is the number of points. \cvCpp{Can also pass \texttt{vector<Point3f>} here.}}
619 \cvarg{imagePoints}{The array of corresponding image points, 2xN or Nx2 1-channel or 1xN or Nx1 2-channel, where N is the number of points. \cvCpp{Can also pass \texttt{vector<Point2f>} here.}}
620 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix $A = \vecthreethree{fx}{0}{cx}{0}{fy}{cy}{0}{0}{1} $}
621 \cvarg{distCoeffs}{The input 4x1, 1x4, 5x1 or 1x5 vector of distortion coefficients $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$. If it is NULL, all of the distortion coefficients are set to 0}
622 \cvarg{rvec}{The output rotation vector (see \cvCross{Rodrigues2}{Rodrigues}) that (together with \texttt{tvec}) brings points from the model coordinate system to the camera coordinate system}
623 \cvarg{tvec}{The output translation vector}
624 \cvarg{useExtrinsicGuess}{If true (1), the function will use the provided \texttt{rvec} and \texttt{tvec} as the initial approximations of the rotation and translation vectors, respectively, and will further optimize them.}
625 \end{description}
626
627 The function estimates the object pose given a set of object points, their corresponding image projections, as well as the camera matrix and the distortion coefficients. This function finds such a pose that minimizes reprojection error, i.e. the sum of squared distances between the observed projections \texttt{imagePoints} and the projected (using \cvCross{ProjectPoints2}{projectPoints}) \texttt{objectPoints}.
628
629 \ifCPy
630 \cvCPyFunc{FindFundamentalMat}
631 \else
632 \cvCppFunc{findFundamentalMat}
633 \fi
634
635 Calculates the fundamental matrix from the corresponding points in two images.
636
637 \cvdefC{
638 int cvFindFundamentalMat( \par const CvMat* points1,\par const CvMat* points2,\par CvMat* fundamentalMatrix,\par int    method=CV\_FM\_RANSAC,\par double param1=1.,\par double param2=0.99,\par CvMat* status=NULL);
639 }
640 \cvdefPy{FindFundamentalMat(points1, points2, fundamentalMatrix, method=CV\_FM\_RANSAC, param1=1., param2=0.99, status = None) -> None}
641 \cvdefCpp{Mat findFundamentalMat( const Mat\& points1, const Mat\& points2,\par
642                         vector<uchar>\& status, int method=FM\_RANSAC,\par
643                         double param1=3., double param2=0.99 );\newline
644 Mat findFundamentalMat( const Mat\& points1, const Mat\& points2,\par
645                         int method=FM\_RANSAC,\par
646                         double param1=3., double param2=0.99 );}
647 \begin{description}
648 \cvarg{points1}{Array of \texttt{N} points from the first image.\cvCPy{It can be \texttt{2xN, Nx2, 3xN} or \texttt{Nx3} 1-channel array or  \texttt{1xN} or \texttt{Nx1} 2- or 3-channel array}. The point coordinates should be floating-point (single or double precision)}
649 \cvarg{points2}{Array of the second image points of the same size and format as \texttt{points1}}
650 \cvCPy{\cvarg{fundamentalMatrix}{The output fundamental matrix or matrices. The size should be 3x3 or 9x3 (7-point method may return up to 3 matrices)}}
651 \cvarg{method}{Method for computing the fundamental matrix
652 \begin{description}
653   \cvarg{CV\_FM\_7POINT}{for a 7-point algorithm. $N = 7$}
654   \cvarg{CV\_FM\_8POINT}{for an 8-point algorithm. $N \ge 8$}
655   \cvarg{CV\_FM\_RANSAC}{for the RANSAC algorithm. $N \ge 8$}
656   \cvarg{CV\_FM\_LMEDS}{for the LMedS algorithm. $N \ge 8$}
657 \end{description}}
658 \cvarg{param1}{The parameter is used for RANSAC. It is the maximum distance from point to epipolar line in pixels, beyond which the point is considered an outlier and is not used for computing the final fundamental matrix. It can be set to something like 1-3, depending on the accuracy of the point localization, image resolution and the image noise}
659 \cvarg{param2}{The parameter is used for RANSAC or LMedS methods only. It specifies the desirable level of confidence (probability) that the estimated matrix is correct}
660 \cvarg{status}{The \cvCPy{optional} output array of N elements, every element of which is set to 0 for outliers and to 1 for the other points. The array is computed only in RANSAC and LMedS methods. For other methods it is set to all 1's}
661 \end{description}
662
663 The epipolar geometry is described by the following equation:
664
665 \[ [p_2; 1]^T F [p_1; 1] = 0 \]
666
667 where $F$ is fundamental matrix, $p_1$ and $p_2$ are corresponding points in the first and the second images, respectively.
668
669 The function calculates the fundamental matrix using one of four methods listed above and returns \cvCpp{the found fundamental matrix}\cvCPy{the number of fundamental matrices found (1 or 3) and 0, if no matrix is found}. Normally just 1 matrix is found, but in the case of 7-point algorithm the function may return up to 3 solutions ($9 \times 3$ matrix that stores all 3 matrices sequentially).
670
671 The calculated fundamental matrix may be passed further to
672 \cvCross{ComputeCorrespondEpilines}{computeCorrespondEpilines} that finds the epipolar lines
673 corresponding to the specified points. It can also be passed to \cvCross{StereoRectifyUncalibrated}{stereoRectifyUncalibrated} to compute the rectification transformation.
674
675 \ifC
676 % Example. Estimation of fundamental matrix using RANSAC algorithm
677 \begin{lstlisting}
678 int point_count = 100;
679 CvMat* points1;
680 CvMat* points2;
681 CvMat* status;
682 CvMat* fundamental_matrix;
683
684 points1 = cvCreateMat(1,point_count,CV_32FC2);
685 points2 = cvCreateMat(1,point_count,CV_32FC2);
686 status = cvCreateMat(1,point_count,CV_8UC1);
687
688 /* Fill the points here ... */
689 for( i = 0; i < point_count; i++ )
690 {
691     points1->data.fl[i*2] = <x,,1,i,,>;
692     points1->data.fl[i*2+1] = <y,,1,i,,>;
693     points2->data.fl[i*2] = <x,,2,i,,>;
694     points2->data.fl[i*2+1] = <y,,2,i,,>;
695 }
696
697 fundamental_matrix = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
698 int fm_count = cvFindFundamentalMat( points1,points2,fundamental_matrix,
699                                      CV_FM_RANSAC,1.0,0.99,status );
700 \end{lstlisting}
701 \fi
702 \ifCpp
703 \begin{lstlisting}
704 // Example. Estimation of fundamental matrix using RANSAC algorithm
705 int point_count = 100;
706 vector<Point2f> points1(point_count);
707 vector<Point2f> points2(point_count);
708
709 // initialize the points here ... */
710 for( int i = 0; i < point_count; i++ )
711 {
712     points1[i] = ...;
713     points2[i] = ...;
714 }
715
716 Mat fundamental_matrix =
717  findFundamentalMat(points1, points2, FM_RANSAC, 3, 0.99);
718 \end{lstlisting}
719 \fi
720
721 \ifCPy
722 \cvCPyFunc{FindHomography}
723 \else
724 \cvCppFunc{findHomography}
725 \fi
726 Finds the perspective transformation between two planes.
727
728 \cvdefC{void cvFindHomography( \par const CvMat* srcPoints,\par const CvMat* dstPoints,\par CvMat* H \par
729 int method=0, \par double ransacReprojThreshold=0, \par CvMat* status=NULL);}
730 \cvdefPy{FindHomography(srcPoints,dstPoints,H,method,ransacReprojThreshold=0.0, status=None)-> H}
731 \cvdefCpp{Mat findHomography( const Mat\& srcPoints, const Mat\& dstPoints,\par
732                     Mat\& status, int method=0,\par
733                     double ransacReprojThreshold=0 );\newline
734 Mat findHomography( const Mat\& srcPoints, const Mat\& dstPoints,\par
735                     vector<uchar>\& status, int method=0,\par
736                     double ransacReprojThreshold=0 );\newline
737 Mat findHomography( const Mat\& srcPoints, const Mat\& dstPoints,\par
738                     int method=0, double ransacReprojThreshold=0 );}
739
740 \begin{description}
741
742 \cvCPy{\cvarg{srcPoints}{Coordinates of the points in the original plane, 2xN, Nx2, 3xN or Nx3 1-channel array (the latter two are for representation in homogeneous coordinates), where N is the number of points. 1xN or Nx1 2- or 3-channel array can also be passed.}
743 \cvarg{dstPoints}{Point coordinates in the destination plane, 2xN, Nx2, 3xN or Nx3 1-channel, or 1xN or Nx1 2- or 3-channel array.}}
744 \cvCpp{\cvarg{srcPoints}{Coordinates of the points in the original plane, a matrix of type \texttt{CV\_32FC2} or a \texttt{vector<Point2f>}.}
745 \cvarg{dstPoints}{Coordinates of the points in the target plane, a matrix of type \texttt{CV\_32FC2} or a \texttt{vector<Point2f>}.}}
746
747 \cvCPy{\cvarg{H}{The output 3x3 homography matrix}}
748 \cvarg{method}{ The method used to computed homography matrix; one of the following:
749 \begin{description}
750 \cvarg{0}{a regular method using all the points}
751 \cvarg{CV\_RANSAC}{RANSAC-based robust method}
752 \cvarg{CV\_LMEDS}{Least-Median robust method}
753 \end{description}}
754 \cvarg{ransacReprojThreshold}{The maximum allowed reprojection error to treat a point pair as an inlier (used in the RANSAC method only). That is, if
755 \[\|\texttt{dstPoints}_i - \texttt{convertPointHomogeneous}(\texttt{H} \texttt{srcPoints}_i)\| > \texttt{ransacReprojThreshold}\]
756 then the point $i$ is considered an outlier. If \texttt{srcPoints} and \texttt{dstPoints} are measured in pixels, it usually makes sense to set this parameter somewhere in the range 1 to 10.}
757 \cvarg{status}{The optional output mask set by a robust method (\texttt{CV\_RANSAC} or \texttt{CV\_LMEDS}). \emph{Note that the input mask values are ignored.}}
758 \end{description}
759
760 The \cvCPy{function finds}\cvCpp{functions find and return} the perspective transformation $H$ between the source and the destination planes:
761
762 \[
763 s_i \vecthree{x'_i}{y'_i}{1} \sim H \vecthree{x_i}{y_i}{1}
764 \]
765
766 So that the back-projection error
767
768 \[
769 \sum_i
770 \left( x'_i-\frac{h_{11} x_i + h_{12} y_i + h_{13}}{h_{31} x_i + h_{32} y_i + h_{33}} \right)^2+
771 \left( y'_i-\frac{h_{21} x_i + h_{22} y_i + h_{23}}{h_{31} x_i + h_{32} y_i + h_{33}} \right)^2
772 \]
773
774 is minimized. If the parameter \texttt{method} is set to the default value 0, the function
775 uses all the point pairs to compute the initial homography estimate with a simple least-squares scheme.
776
777 However, if not all of the point pairs ($srcPoints_i$,
778 $dstPoints_i$) fit the rigid perspective transformation (i.e. there
779 are some outliers), this initial estimate will be poor.
780 In this case one can use one of the 2 robust methods. Both methods,
781 \texttt{RANSAC} and \texttt{LMeDS}, try many different random subsets
782 of the corresponding point pairs (of 4 pairs each), estimate
783 the homography matrix using this subset and a simple least-square
784 algorithm and then compute the quality/goodness of the computed homography
785 (which is the number of inliers for RANSAC or the median re-projection
786 error for LMeDs). The best subset is then used to produce the initial
787 estimate of the homography matrix and the mask of inliers/outliers.
788
789 Regardless of the method, robust or not, the computed homography
790 matrix is refined further (using inliers only in the case of a robust
791 method) with the Levenberg-Marquardt method in order to reduce the
792 re-projection error even more.
793
794 The method \texttt{RANSAC} can handle practically any ratio of outliers,
795 but it needs the threshold to distinguish inliers from outliers.
796 The method \texttt{LMeDS} does not need any threshold, but it works
797 correctly only when there are more than 50\% of inliers. Finally,
798 if you are sure in the computed features, where can be only some
799 small noise present, but no outliers, the default method could be the best
800 choice.
801
802 The function is used to find initial intrinsic and extrinsic matrices.
803 Homography matrix is determined up to a scale, thus it is normalized so that
804 $h_{33}=1$.
805
806 See also: \cvCross{GetAffineTransform}{getAffineTransform}, \cvCross{GetPerspectiveTransform}{getPerspectiveTransform}, \cvCross{EstimateRigidMotion}{estimateRigidMotion}, \cvCross{WarpPerspective}{warpPerspective}, \cvCross{PerspectiveTransform}{perspectiveTransform}
807
808 \ifCPy
809
810 \cvCPyFunc{FindStereoCorrespondenceBM}
811 Computes the disparity map using block matching algorithm.
812
813 \cvdefC{
814
815 void cvFindStereoCorrespondenceBM( \par const CvArr* left, \par const CvArr* right,
816                                    \par CvArr* disparity, \par CvStereoBMState* state );
817
818 }\cvdefPy{FindStereoCorrespondenceBM(left,right,disparity,state)-> None}
819
820 \begin{description}
821 \cvarg{left}{The left single-channel, 8-bit image.}
822 \cvarg{right}{The right image of the same size and the same type.}
823 \cvarg{disparity}{The output single-channel 16-bit signed, or 32-bit floating-point disparity map of the same size as input images. In the first case the computed disparities are represented as fixed-point numbers with 4 fractional bits (i.e. the computed disparity values are multiplied by 16 and rounded to integers).}
824 \cvarg{state}{Stereo correspondence structure.}
825 \end{description}
826
827 The function cvFindStereoCorrespondenceBM computes disparity map for the input rectified stereo pair. Invalid pixels (for which disparity can not be computed) are set to \texttt{state->minDisparity - 1} (or to \texttt{(state->minDisparity-1)*16} in the case of 16-bit fixed-point disparity map)
828
829 \cvCPyFunc{FindStereoCorrespondenceGC}
830 Computes the disparity map using graph cut-based algorithm.
831
832 \cvdefC{
833
834 void cvFindStereoCorrespondenceGC( \par const CvArr* left, \par const CvArr* right,
835                                    \par CvArr* dispLeft, \par CvArr* dispRight,
836                                    \par CvStereoGCState* state,
837                                    \par int useDisparityGuess = CV\_DEFAULT(0) );
838
839 }
840 \cvdefPy{FindStereoCorrespondenceGC( left, right, dispLeft, dispRight, state, useDisparityGuess=(0))-> None}
841
842 \begin{description}
843 \cvarg{left}{The left single-channel, 8-bit image.}
844 \cvarg{right}{The right image of the same size and the same type.}
845 \cvarg{dispLeft}{The optional output single-channel 16-bit signed left disparity map of the same size as input images.}
846 \cvarg{dispRight}{The optional output single-channel 16-bit signed right disparity map of the same size as input images.}
847 \cvarg{state}{Stereo correspondence structure.}
848 \cvarg{useDisparityGuess}{If the parameter is not zero, the algorithm will start with pre-defined disparity maps. Both dispLeft and dispRight should be valid disparity maps. Otherwise, the function starts with blank disparity maps (all pixels are marked as occlusions).}
849 \end{description}
850
851 The function computes disparity maps for the input rectified stereo pair. Note that the left disparity image will contain values in the following range: 
852
853 \[
854 -\texttt{state->numberOfDisparities}-\texttt{state->minDisparity}
855 < dispLeft(x,y) \le -\texttt{state->minDisparity},
856 \]
857
858 or
859 \[
860 dispLeft(x,y) == \texttt{CV\_STEREO\_GC\_OCCLUSION}
861 \]
862
863 and for the right disparity image the following will be true: 
864
865 \[
866 \texttt{state->minDisparity} \le dispRight(x,y) 
867 < \texttt{state->minDisparity} + \texttt{state->numberOfDisparities}
868 \]
869
870 or
871
872 \[
873 dispRight(x,y) == \texttt{CV\_STEREO\_GC\_OCCLUSION}
874 \]
875
876 that is, the range for the left disparity image will be inversed,
877 and the pixels for which no good match has been found, will be marked
878 as occlusions.
879
880 Here is how the function can be used:
881
882 \ifC
883 \begin{lstlisting}
884 // image_left and image_right are the input 8-bit single-channel images
885 // from the left and the right cameras, respectively
886 CvSize size = cvGetSize(image_left);
887 CvMat* disparity_left = cvCreateMat( size.height, size.width, CV_16S );
888 CvMat* disparity_right = cvCreateMat( size.height, size.width, CV_16S );
889 CvStereoGCState* state = cvCreateStereoGCState( 16, 2 );
890 cvFindStereoCorrespondenceGC( image_left, image_right,
891     disparity_left, disparity_right, state, 0 );
892 cvReleaseStereoGCState( &state );
893 // now process the computed disparity images as you want ...
894 \end{lstlisting}
895
896 and this is the output left disparity image computed from the well-known
897 Tsukuba stereo pair and multiplied by -16 (because the values in the
898 left disparity images are usually negative):
899
900 \begin{lstlisting}
901 CvMat* disparity_left_visual = cvCreateMat( size.height, size.width, CV_8U );
902 cvConvertScale( disparity_left, disparity_left_visual, -16 );
903 cvSave( "disparity.pgm", disparity_left_visual );
904 \end{lstlisting}
905
906 \includegraphics{pics/disparity.png}
907
908 \else
909
910 \lstinputlisting{python_fragments/findstereocorrespondence.py}
911
912 and this is the output left disparity image computed from the well-known
913 Tsukuba stereo pair and multiplied by -16 (because the values in the
914 left disparity images are usually negative):
915
916 \includegraphics{pics/disparity.png}
917
918 \fi
919
920 \fi
921
922 \ifCpp
923 \cvCppFunc{getDefaultNewCameraMatrix}
924 Returns the default new camera matrix
925
926 \cvdefCpp{Mat getDefaultNewCameraMatrix(\par
927                                const Mat\& cameraMatrix,\par
928                                Size imgSize=Size(),\par
929                                bool centerPrincipalPoint=false );}
930 \begin{description}
931 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix}
932 \cvarg{imageSize}{The camera view image size in pixels}
933 \cvarg{centerPrincipalPoint}{Indicates whether in the new camera matrix the principal point should be at the image center or not}
934 \end{description}
935
936 The function returns the camera matrix that is either an exact copy of the input \texttt{cameraMatrix} (when \texttt{centerPrinicipalPoint=false}), or the modified one (when \texttt{centerPrincipalPoint}=true).
937
938 In the latter case the new camera matrix will be:
939
940 \[\begin{bmatrix}
941 f_x && 0 && (\texttt{imgSize.width}-1)*0.5 \\
942 0 && f_y && (\texttt{imgSize.height}-1)*0.5 \\
943 0 && 0 && 1
944 \end{bmatrix},\]
945
946 where $f_x$ and $f_y$ are $(0,0)$ and $(1,1)$ elements of \texttt{cameraMatrix}, respectively.
947
948 By default, the undistortion functions in OpenCV (see \texttt{initUndistortRectifyMap}, \texttt{undistort}) do not move the principal point. However, when you work with stereo, it's important to move the principal points in both views to the same y-coordinate (which is required by most of stereo correspondence algorithms), and maybe to the same x-coordinate too. So you can form the new camera matrix for each view, where the principal points will be at the center.
949
950 \fi
951
952 \ifCPy
953 \cvCPyFunc{GetOptimalNewCameraMatrix}
954 \else
955 \cvCppFunc{getOptimalNewCameraMatrix}
956 \fi
957 Returns the new camera matrix based on the free scaling parameter
958
959 \cvdefC{void cvGetOptimalNewCameraMatrix(
960     \par const CvMat* cameraMatrix, const CvMat* distCoeffs,
961     \par CvSize imageSize, double alpha,
962     \par CvMat* newCameraMatrix,
963     \par CvSize newImageSize=cvSize(0,0),
964     \par CvRect* validPixROI=0 );}
965 \cvdefPy{GetOptimalNewCameraMatrix(cameraMatrix, distCoeffs, imageSize, alpha, newCameraMatrix, newImageSize=(0,0), validPixROI=0) -> None}
966 \cvdefCpp{Mat getOptimalNewCameraMatrix(
967     \par const Mat\& cameraMatrix, const Mat\& distCoeffs,
968     \par Size imageSize, double alpha, Size newImageSize=Size(),
969     \par Rect* validPixROI=0);}
970     
971 \begin{description}
972 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix}
973 \cvarg{distCoeffs}{The input 4x1, 1x4, 5x1 or 1x5 vector of distortion coefficients $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$}.
974 \cvarg{imageSize}{The original image size}
975 \cvarg{alpha}{The free scaling parameter between 0 (when all the pixels in the undistorted image will be valid) and 1 (when all the source image pixels will be retained in the undistorted image); see \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}}
976 \cvarg{newCameraMatrix}{The output new camera matrix.}
977 \cvarg{newImageSize}{The image size after rectification. By default it will be set to \texttt{imageSize}.}
978 \cvarg{validPixROI}{The optional output rectangle that will outline all-good-pixels region in the undistorted image. See \texttt{roi1, roi2} description in \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}}
979 \end{description}
980
981 The function computes \cvCpp{and returns} the optimal new camera matrix based on the free scaling parameter. By varying  this parameter the user may retrieve only sensible pixels \texttt{alpha=0}, keep all the original image pixels if there is valuable information in the corners \texttt{alpha=1}, or get something in between. When \texttt{alpha>0}, the undistortion result will likely have some black pixels corresponding to "virtual" pixels outside of the captured distorted image. The original camera matrix, distortion coefficients, the computed new camera matrix and the \texttt{newImageSize} should be passed to \cvCross{InitUndistortRectifyMap}{initUndistortRectifyMap} to produce the maps for \cvCross{Remap}{remap}.
982
983 \ifCPy
984 \cvCPyFunc{InitIntrinsicParams2D}
985 \else
986 \cvCppFunc{initCameraMatrix2D}
987 \fi
988
989 Finds the initial camera matrix from the 3D-2D point correspondences
990
991 \cvdefC{void cvInitIntrinsicParams2D(\par const CvMat* objectPoints,
992                                      \par const CvMat* imagePoints,
993                                      \par const CvMat* npoints, CvSize imageSize,
994                                      \par CvMat* cameraMatrix,
995                                      \par double aspectRatio=1.);}                                     
996 \cvdefPy{InitIntrinsicParams2D(objectPoints, imagePoints, npoints, imageSize, cameraMatrix, aspectRatio=1.) -> None}
997 \cvdefCpp{Mat initCameraMatrix2D( const vector<vector<Point3f> >\& objectPoints,\par
998                         const vector<vector<Point2f> >\& imagePoints,\par
999                         Size imageSize, double aspectRatio=1.);}
1000 \begin{description}
1001 \ifCPy
1002 \cvarg{objectPoints}{The joint array of object points; see \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera}}
1003 \cvarg{imagePoints}{The joint array of object point projections; see \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera}}
1004 \cvarg{npoints}{The array of point counts; see \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera}}
1005 \fi    
1006 \ifCpp
1007 \cvarg{objectPoints}{The vector of vectors of the object points. See \cvCppCross{calibrateCamera}}
1008 \cvarg{imagePoints}{The vector of vectors of the corresponding image points. See \cvCppCross{calibrateCamera}}
1009 \fi
1010 \cvarg{imageSize}{The image size in pixels; used to initialize the principal point}
1011 \cvCPy{\cvarg{cameraMatrix}{The output camera matrix $\vecthreethree{f_x}{0}{c_x}{0}{f_y}{c_y}{0}{0}{1}$}}
1012 \cvarg{aspectRatio}{If it is zero or negative, both $f_x$ and $f_y$ are estimated independently. Otherwise $f_x = f_y * \texttt{aspectRatio}$}
1013 \end{description}
1014
1015 The function estimates and returns the initial camera matrix for camera calibration process.
1016 Currently, the function only supports planar calibration patterns, i.e. patterns where each object point has z-coordinate =0.
1017
1018 \ifCPy
1019 \cvCPyFunc{InitUndistortMap}
1020 Computes an undistortion map.
1021
1022 \cvdefC{void cvInitUndistortMap( \par const CvMat* cameraMatrix,\par const CvMat* distCoeffs,\par CvArr* map1,\par CvArr* map2 );}
1023 \cvdefPy{InitUndistortMap(cameraMatrix,distCoeffs,map1,map2)-> None}
1024
1025 \begin{description}
1026 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix $A = \vecthreethree{fx}{0}{cx}{0}{fy}{cy}{0}{0}{1} $}
1027 \cvarg{distCoeffs}{The input 4x1, 1x4, 5x1 or 1x5 vector of distortion coefficients $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$}.
1028 \cvarg{map1}{The first output map \cvCPy{of type \texttt{CV\_32FC1} or \texttt{CV\_16SC2} - the second variant is more efficient}}
1029 \cvarg{map2}{The second output map \cvCPy{of type \texttt{CV\_32FC1} or \texttt{CV\_16UC1} - the second variant is more efficient}}
1030 \end{description}
1031
1032 The function is a simplified variant of \cvCross{InitUndistortRectifyMap}{initUndistortRectifyMap} where the rectification transformation \texttt{R} is identity matrix and \texttt{newCameraMatrix=cameraMatrix}.
1033
1034 \fi
1035
1036 \ifCPy
1037 \cvCPyFunc{InitUndistortRectifyMap}
1038 \else
1039 \cvCppFunc{initUndistortRectifyMap}
1040 \fi
1041 Computes the undistortion and rectification transformation map.
1042
1043 \cvdefC{void cvInitUndistortRectifyMap( \par const CvMat* cameraMatrix,
1044                                 \par const CvMat* distCoeffs,
1045                                 \par const CvMat* R,
1046                                 \par const CvMat* newCameraMatrix,
1047                                 \par CvArr* map1, \par CvArr* map2 );}
1048 \cvdefPy{InitUndistortRectifyMap(cameraMatrix,distCoeffs,R,newCameraMatrix,map1,map2)-> None}
1049 \cvdefCpp{void initUndistortRectifyMap( const Mat\& cameraMatrix,\par
1050                            const Mat\& distCoeffs, const Mat\& R,\par
1051                            const Mat\& newCameraMatrix,\par
1052                            Size size, int m1type,\par
1053                            Mat\& map1, Mat\& map2 );}
1054 \begin{description}
1055 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix $A=\vecthreethree{f_x}{0}{c_x}{0}{f_y}{c_y}{0}{0}{1}$}
1056 \cvarg{distCoeffs}{The input 4x1, 1x4, 5x1 or 1x5 vector of distortion coefficients $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$}.
1057 \cvarg{R}{The optional rectification transformation in object space (3x3 matrix). \texttt{R1} or \texttt{R2}, computed by \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify} can be passed here. If the matrix is \cvCPy{NULL}\cvCpp{empty}, the identity transformation is assumed}
1058 \cvarg{newCameraMatrix}{The new camera matrix $A'=\vecthreethree{f_x'}{0}{c_x'}{0}{f_y'}{c_y'}{0}{0}{1}$}
1059 \cvCpp{\cvarg{size}{The undistorted image size}
1060 \cvarg{m1type}{The type of the first output map, can be \texttt{CV\_32FC1} or \texttt{CV\_16SC2}. See \cvCppCross{convertMaps}}}
1061 \cvarg{map1}{The first output map \cvCPy{of type \texttt{CV\_32FC1} or \texttt{CV\_16SC2} - the second variant is more efficient}}
1062 \cvarg{map2}{The second output map \cvCPy{of type \texttt{CV\_32FC1} or \texttt{CV\_16UC1} - the second variant is more efficient}}
1063 \end{description}
1064
1065 The function computes the joint undistortion+rectification transformation and represents the result in the form of maps for \cvCross{Remap}{remap}. The undistorted image will look like the original, as if it was captured with a camera with camera matrix \texttt{=newCameraMatrix} and zero distortion. In the case of monocular camera \texttt{newCameraMatrix} is usually equal to \texttt{cameraMatrix}, or it can be computed by \cvCross{GetOptimalNewCameraMatrix}{getOptimalNewCameraMatrix} for a better control over scaling. In the case of stereo camera \texttt{newCameraMatrix} is normally set to \texttt{P1} or \texttt{P2} computed by \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}.
1066
1067 Also, this new camera will be oriented differently in the coordinate space, according to \texttt{R}. That, for example, helps to align two heads of a stereo camera so that the epipolar lines on both images become horizontal and have the same y- coordinate (in the case of horizontally aligned stereo camera).
1068
1069 The function actually builds the maps for the inverse mapping algorithm that is used by \cvCross{Remap}{remap}. That is, for each pixel $(u, v)$ in the destination (corrected and rectified) image the function computes the corresponding coordinates in the source image (i.e. in the original image from camera). The process is the following:
1070
1071 \[
1072 \begin{array}{l}
1073 x \leftarrow (u - {c'}_x)/{f'}_x \\
1074 y \leftarrow (v - {c'}_y)/{f'}_y \\
1075 {[X\,Y\,W]}^T \leftarrow R^{-1}*[x\,y\,1]^T \\
1076 x' \leftarrow X/W \\
1077 y' \leftarrow Y/W \\
1078 x" \leftarrow x' (1 + k_1 r^2 + k_2 r^4 + k_3 r^6) + 2p_1 x' y' + p_2(r^2 + 2 x'^2) \\
1079 y" \leftarrow y' (1 + k_1 r^2 + k_2 r^4 + k_3 r^6) + p_1 (r^2 + 2 y'^2) + 2 p_2 x' y' \\
1080 map_x(u,v) \leftarrow x" f_x + c_x \\
1081 map_y(u,v) \leftarrow y" f_y + c_y
1082 \end{array}
1083 \]
1084 where $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$ are the distortion coefficients. 
1085  
1086 In the case of a stereo camera this function is called twice, once for each camera head, after \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}, which in its turn is called after \cvCross{StereoCalibrate}{stereoCalibrate}. But if the stereo camera was not calibrated, it is still possible to compute the rectification transformations directly from the fundamental matrix using \cvCross{StereoRectifyUncalibrated}{stereoRectifyUncalibrated}. For each camera the function computes homography \texttt{H} as the rectification transformation in pixel domain, not a rotation matrix \texttt{R} in 3D space. The \texttt{R} can be computed from \texttt{H} as 
1087
1088 \[ \texttt{R} = \texttt{cameraMatrix}^{-1} \cdot \texttt{H} \cdot \texttt{cameraMatrix} \]
1089
1090 where the \texttt{cameraMatrix} can be chosen arbitrarily.
1091
1092 \ifCpp
1093
1094 \cvCppFunc{matMulDeriv}
1095 Computes partial derivatives of the matrix product w.r.t each multiplied matrix
1096
1097 \cvdefCpp{void matMulDeriv( const Mat\& A, const Mat\& B, Mat\& dABdA, Mat\& dABdB );}
1098 \begin{description}
1099 \cvarg{A}{The first multiplied matrix}
1100 \cvarg{B}{The second multiplied matrix}
1101 \cvarg{dABdA}{The first output derivative matrix \texttt{d(A*B)/dA} of size $\texttt{A.rows*B.cols} \times {A.rows*A.cols}$}
1102 \cvarg{dABdA}{The second output derivative matrix \texttt{d(A*B)/dB} of size $\texttt{A.rows*B.cols} \times {B.rows*B.cols}$}
1103 \end{description}
1104
1105 The function computes the partial derivatives of the elements of the matrix product $A*B$ w.r.t. the elements of each of the two input matrices. The function is used to compute Jacobian matrices in \cvCppCross{stereoCalibrate}, but can also be used in any other similar optimization function.
1106
1107 \fi
1108
1109 \ifCPy
1110
1111 \cvCPyFunc{POSIT}
1112 Implements the POSIT algorithm.
1113
1114 \cvdefC{
1115 void cvPOSIT( \par CvPOSITObject* posit\_object,\par CvPoint2D32f* imagePoints,\par double focal\_length,\par CvTermCriteria criteria,\par CvMatr32f rotationMatrix,\par CvVect32f translation\_vector );
1116 }
1117 \cvdefPy{POSIT(posit\_object,imagePoints,focal\_length,criteria)-> (rotationMatrix,translation\_vector)}
1118
1119 \begin{description}
1120 \cvarg{posit\_object}{Pointer to the object structure}
1121 \cvarg{imagePoints}{Pointer to the object points projections on the 2D image plane}
1122 \cvarg{focal\_length}{Focal length of the camera used}
1123 \cvarg{criteria}{Termination criteria of the iterative POSIT algorithm}
1124 \cvarg{rotationMatrix}{Matrix of rotations}
1125 \cvarg{translation\_vector}{Translation vector}
1126 \end{description}
1127
1128 The function implements the POSIT algorithm. Image coordinates are given in a camera-related coordinate system. The focal length may be retrieved using the camera calibration functions. At every iteration of the algorithm a new perspective projection of the estimated pose is computed.
1129
1130 Difference norm between two projections is the maximal distance between corresponding points. The parameter \texttt{criteria.epsilon} serves to stop the algorithm if the difference is small.
1131
1132 \fi
1133
1134 \ifCPy
1135 \cvCPyFunc{ProjectPoints2}
1136 \else
1137 \cvCppFunc{projectPoints}
1138 \fi
1139 Project 3D points on to an image plane.
1140
1141 \cvdefC{void cvProjectPoints2( \par const CvMat* objectPoints,\par const CvMat* rvec,\par const CvMat* tvec,\par const CvMat* cameraMatrix,\par const CvMat* distCoeffs,\par CvMat* imagePoints,\par CvMat* dpdrot=NULL,\par CvMat* dpdt=NULL,\par CvMat* dpdf=NULL,\par CvMat* dpdc=NULL,\par CvMat* dpddist=NULL );}
1142
1143 \cvdefPy{ProjectPoints2(objectPoints,rvec,tvec,cameraMatrix,distCoeffs, imagePoints,dpdrot=NULL,dpdt=NULL,dpdf=NULL,dpdc=NULL,dpddist=NULL)-> None}
1144
1145
1146 \cvdefCpp{void projectPoints( const Mat\& objectPoints,\par
1147                     const Mat\& rvec, const Mat\& tvec,\par
1148                     const Mat\& cameraMatrix,\par
1149                     const Mat\& distCoeffs,\par
1150                     vector<Point2f>\& imagePoints );\newline
1151 void projectPoints( const Mat\& objectPoints,\par
1152                     const Mat\& rvec, const Mat\& tvec,\par
1153                     const Mat\& cameraMatrix,\par
1154                     const Mat\& distCoeffs,\par
1155                     vector<Point2f>\& imagePoints,\par
1156                     Mat\& dpdrot, Mat\& dpdt, Mat\& dpdf,\par
1157                     Mat\& dpdc, Mat\& dpddist,\par
1158                     double aspectRatio=0 );}
1159
1160 \begin{description}
1161 \cvarg{objectPoints}{The array of object points, 3xN or Nx3 1-channel or 1xN or Nx1 3-channel \cvCpp{(or \texttt{vector<Point3f>})}, where N is the number of points in the view}
1162 \cvarg{rvec}{The rotation vector, see \cvCross{Rodrigues2}{Rodrigues}}
1163 \cvarg{tvec}{The translation vector}
1164 \cvarg{cameraMatrix}{The camera matrix $A = \vecthreethree{f_x}{0}{c_x}{0}{f_y}{c_y}{0}{0}{_1} $}
1165 \cvarg{distCoeffs}{The input 4x1, 1x4, 5x1 or 1x5 vector of distortion coefficients $(k_1, k_2, p_1, p_2[, k_3])$. If it is \cvC{NULL}\cvCpp{empty}\cvPy{None}, all of the distortion coefficients are considered 0's}
1166 \cvarg{imagePoints}{The output array of image points, 2xN or Nx2 1-channel or 1xN or Nx1 2-channel \cvCpp{(or \texttt{vector<Point2f>})}}
1167 \cvarg{dpdrot}{Optional 2Nx3 matrix of derivatives of image points with respect to components of the rotation vector}
1168 \cvarg{dpdt}{Optional 2Nx3 matrix of derivatives of image points with respect to components of the translation vector}
1169 \cvarg{dpdf}{Optional 2Nx2 matrix of derivatives of image points with respect to $f_x$ and $f_y$}
1170 \cvarg{dpdc}{Optional 2Nx2 matrix of derivatives of image points with respect to $c_x$ and $c_y$}
1171 \cvarg{dpddist}{Optional 2Nx4 matrix of derivatives of image points with respect to distortion coefficients}
1172 \end{description}
1173
1174 The function computes projections of 3D
1175 points to the image plane given intrinsic and extrinsic camera
1176 parameters. Optionally, the function computes jacobians - matrices
1177 of partial derivatives of image points coordinates (as functions of all the
1178 input parameters) with respect to the particular parameters, intrinsic and/or
1179 extrinsic. The jacobians are used during the global optimization
1180 in \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera},
1181 \cvCross{FindExtrinsicCameraParams2}{solvePnP} and \cvCross{StereoCalibrate}{stereoCalibrate}. The
1182 function itself can also used to compute re-projection error given the
1183 current intrinsic and extrinsic parameters.
1184
1185 Note, that by setting \texttt{rvec=tvec=(0,0,0)}, or by setting \texttt{cameraMatrix} to 3x3 identity matrix, or by passing zero distortion coefficients, you can get various useful partial cases of the function, i.e. you can compute the distorted coordinates for a sparse set of points, or apply a perspective transformation (and also compute the derivatives) in the ideal zero-distortion setup etc.
1186
1187
1188 \ifCPy
1189 \cvCPyFunc{ReprojectImageTo3D}
1190 \else
1191 \cvCppFunc{reprojectImageTo3D}
1192 \fi
1193 Reprojects disparity image to 3D space.
1194
1195 \cvdefC{void cvReprojectImageTo3D( const CvArr* disparity,\par
1196                                    CvArr* \_3dImage, const CvMat* Q,\par
1197                                    int handleMissingValues=0);}
1198
1199 \cvdefPy{ReprojectImageTo3D(disparity, \_3dImage, Q, handleMissingValues=0) -> None}
1200
1201 \cvdefCpp{void reprojectImageTo3D( const Mat\& disparity,\par
1202                          Mat\& \_3dImage, const Mat\& Q,\par
1203                          bool handleMissingValues=false );}
1204 \begin{description}
1205 \cvarg{disparity}{The input single-channel 16-bit signed or 32-bit floating-point disparity image}
1206 \cvarg{\_3dImage}{The output 3-channel floating-point image of the same size as \texttt{disparity}.
1207  Each element of \texttt{\_3dImage(x,y)} will contain the 3D coordinates of the point \texttt{(x,y)}, computed from the disparity map.}
1208 \cvarg{Q}{The $4 \times 4$ perspective transformation matrix that can be obtained with \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}}
1209 \cvarg{handleMissingValues}{If true, when the pixels with the minimal disparity (that corresponds to the outliers; see \cvCross{FindStereoCorrespondenceBM}{StereoBM}) will be transformed to 3D points with some very large Z value (currently set to 10000)}
1210 \end{description}
1211  
1212 The function transforms 1-channel disparity map to 3-channel image representing a 3D surface. That is, for each pixel \texttt{(x,y)} and the corresponding disparity \texttt{d=disparity(x,y)} it computes: 
1213
1214 \[\begin{array}{l}
1215 [X\; Y\; Z\; W]^T = \texttt{Q}*[x\; y\; \texttt{disparity}(x,y)\; 1]^T \\
1216 \texttt{\_3dImage}(x,y) = (X/W,\; Y/W,\; Z/W)
1217 \end{array}\]
1218
1219 The matrix \texttt{Q} can be arbitrary $4 \times 4$ matrix, e.g. the one computed by \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify}. To reproject a sparse set of points {(x,y,d),...} to 3D space, use \cvCross{PerspectiveTransform}{perspectiveTransform}.
1220
1221 \ifCPy
1222 \cvCPyFunc{RQDecomp3x3}
1223 \else
1224 \cvCppFunc{RQDecomp3x3}
1225 \fi
1226 Computes the 'RQ' decomposition of 3x3 matrices.
1227
1228 \cvdefC{
1229 void cvRQDecomp3x3( \par const CvMat *M,\par CvMat *R,\par CvMat *Q,\par CvMat *Qx=NULL,\par CvMat *Qy=NULL,\par CvMat *Qz=NULL,\par CvPoint3D64f *eulerAngles=NULL);
1230 }
1231 \cvdefPy{RQDecomp3x3(M, R, Q, Qx = None, Qy = None, Qz = None) -> eulerAngles}
1232 \cvdefCpp{void RQDecomp3x3( const Mat\& M, Mat\& R, Mat\& Q );\newline
1233 Vec3d RQDecomp3x3( const Mat\& M, Mat\& R, Mat\& Q,\par
1234                    Mat\& Qx, Mat\& Qy, Mat\& Qz );}
1235
1236 \begin{description}
1237 \cvarg{M}{The 3x3 input matrix}
1238 \cvarg{R}{The output 3x3 upper-triangular matrix}
1239 \cvarg{Q}{The output 3x3 orthogonal matrix}
1240 \cvarg{Qx}{Optional 3x3 rotation matrix around x-axis}
1241 \cvarg{Qy}{Optional 3x3 rotation matrix around y-axis}
1242 \cvarg{Qz}{Optional 3x3 rotation matrix around z-axis}
1243 \cvCPy{\cvarg{eulerAngles}{Optional three Euler angles of rotation}}
1244 \end{description}
1245
1246 The function computes a RQ decomposition using the given rotations. This function is used in \cvCross{DecomposeProjectionMatrix}{decomposeProjectionMatrix} to decompose the left 3x3 submatrix of a projection matrix into a camera and a rotation matrix.
1247
1248 It optionally returns three rotation matrices, one for each axis, and the three Euler angles \cvCpp{(as the return value)} that could be used in OpenGL.
1249
1250 \ifC
1251
1252 \cvCPyFunc{ReleasePOSITObject}
1253 Deallocates a 3D object structure.
1254
1255 \cvdefC{
1256 void cvReleasePOSITObject( \par CvPOSITObject** posit\_object );
1257 }
1258
1259 \begin{description}
1260 \cvarg{posit\_object}{Double pointer to \texttt{CvPOSIT} structure}
1261 \end{description}
1262
1263 The function releases memory previously allocated by the function \cvCPyCross{CreatePOSITObject}.
1264
1265 \fi
1266
1267 \ifC
1268
1269 \cvCPyFunc{ReleaseStereoBMState}
1270 Releases block matching stereo correspondence structure.
1271
1272 \cvdefC{void cvReleaseStereoBMState( CvStereoBMState** state );}
1273 \cvdefPy{ReleaseStereoBMState(state)-> None}
1274
1275 \begin{description}
1276 \cvarg{state}{Double pointer to the released structure.}
1277 \end{description}
1278
1279 The function releases the stereo correspondence structure and all the associated internal buffers. 
1280
1281 \cvCPyFunc{ReleaseStereoGCState}
1282 Releases the state structure of the graph cut-based stereo correspondence algorithm.
1283
1284 \cvdefC{void cvReleaseStereoGCState( CvStereoGCState** state );}
1285 \cvdefPy{ReleaseStereoGCState(state)-> None}
1286
1287 \begin{description}
1288 \cvarg{state}{Double pointer to the released structure.}
1289 \end{description}
1290
1291 The function releases the stereo correspondence structure and all the associated internal buffers. 
1292
1293 \fi
1294
1295 \ifCPy
1296 \cvCPyFunc{Rodrigues2}
1297 \else
1298 \cvCppFunc{Rodrigues}
1299 \fi
1300 Converts a rotation matrix to a rotation vector or vice versa.
1301
1302 \cvdefC{int cvRodrigues2( \par const CvMat* src,\par CvMat* dst,\par CvMat* jacobian=0 );}
1303 \cvdefPy{Rodrigues2(src,dst,jacobian=0)-> None}
1304
1305 \cvdefCpp{void Rodrigues(const Mat\& src, Mat\& dst);\newline
1306 void Rodrigues(const Mat\& src, Mat\& dst, Mat\& jacobian);}
1307
1308 \begin{description}
1309 \cvarg{src}{The input rotation vector (3x1 or 1x3) or rotation matrix (3x3)}
1310 \cvarg{dst}{The output rotation matrix (3x3) or rotation vector (3x1 or 1x3), respectively}
1311 \cvarg{jacobian}{Optional output Jacobian matrix, 3x9 or 9x3 - partial derivatives of the output array components with respect to the input array components}
1312 \end{description}
1313
1314 \[
1315 \begin{array}{l}
1316 \theta \leftarrow norm(r)\\
1317 r \leftarrow r/\theta\\
1318 R = \cos{\theta} I + (1-\cos{\theta}) r r^T + \sin{\theta}
1319 \vecthreethree
1320 {0}{-r_z}{r_y}
1321 {r_z}{0}{-r_x}
1322 {-r_y}{r_x}{0}
1323 \end{array}
1324 \]
1325
1326 Inverse transformation can also be done easily, since
1327
1328 \[
1329 \sin(\theta)
1330 \vecthreethree
1331 {0}{-r_z}{r_y}
1332 {r_z}{0}{-r_x}
1333 {-r_y}{r_x}{0}
1334 =
1335 \frac{R - R^T}{2}
1336 \]
1337
1338 A rotation vector is a convenient and most-compact representation of a rotation matrix
1339 (since any rotation matrix has just 3 degrees of freedom). The representation is
1340 used in the global 3D geometry optimization procedures like \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera},
1341 \cvCross{StereoCalibrate}{stereoCalibrate} or \cvCross{FindExtrinsicCameraParams2}{solvePnP}.
1342
1343
1344 \ifCpp
1345
1346 \cvCppFunc{StereoBM}
1347 The class for computing stereo correspondence using block matching algorithm.
1348
1349 \begin{lstlisting}
1350 // Block matching stereo correspondence algorithm\par
1351 class StereoBM
1352 {
1353     enum { NORMALIZED_RESPONSE = CV_STEREO_BM_NORMALIZED_RESPONSE,
1354         BASIC_PRESET=CV_STEREO_BM_BASIC,
1355         FISH_EYE_PRESET=CV_STEREO_BM_FISH_EYE,
1356         NARROW_PRESET=CV_STEREO_BM_NARROW };
1357
1358     StereoBM();
1359     // the preset is one of ..._PRESET above.
1360     // ndisparities is the size of disparity range,
1361     // in which the optimal disparity at each pixel is searched for.
1362     // SADWindowSize is the size of averaging window used to match pixel blocks
1363     //    (larger values mean better robustness to noise, but yield blurry disparity maps)
1364     StereoBM(int preset, int ndisparities=0, int SADWindowSize=21);
1365     // separate initialization function
1366     void init(int preset, int ndisparities=0, int SADWindowSize=21);
1367     // computes the disparity for the two rectified 8-bit single-channel images.
1368     // the disparity will be 16-bit signed (fixed-point) or 32-bit floating-point image of the same size as left.
1369     void operator()( const Mat& left, const Mat& right, Mat& disparity, int disptype=CV_16S );
1370
1371     Ptr<CvStereoBMState> state;
1372 };
1373 \end{lstlisting}
1374
1375 The class is a C++ wrapper for \hyperref[CvStereoBMState]{cvStereoBMState} and the associated functions. In particular, \texttt{StereoBM::operator ()} is the wrapper for \cvCPyCross{FindStereoCorrespondceBM}. See the respective descriptions.
1376
1377
1378 \cvCppFunc{StereoSGBM}
1379 The class for computing stereo correspondence using semi-global block matching algorithm.
1380
1381 \begin{lstlisting}
1382 class StereoSGBM
1383 {
1384     StereoSGBM();
1385     StereoSGBM(int minDisparity, int numDisparities, int SADWindowSize,
1386                int P1=0, int P2=0, int disp12MaxDiff=0,
1387                int preFilterCap=0, int uniquenessRatio=0,
1388                int speckleWindowSize=0, int speckleRange=0,
1389                bool fullDP=false);
1390     virtual ~StereoSGBM();
1391     
1392     virtual void operator()(const Mat& left, const Mat& right, Mat& disp);
1393     
1394     int minDisparity;
1395     int numberOfDisparities;
1396     int SADWindowSize;
1397     int preFilterCap;
1398     int uniquenessRatio;
1399     int P1, P2;
1400     int speckleWindowSize;
1401     int speckleRange;
1402     int disp12MaxDiff;
1403     bool fullDP;
1404     
1405     ...
1406 };
1407 \end{lstlisting}
1408
1409 The class implements modified H. Hirschmuller algorithm \cite{HH08}. The main differences between the implemented algorithm and the original one are:
1410
1411 \begin{itemize}
1412     \item by default the algorithm is single-pass, i.e. instead of 8 directions we only consider 5. Set \texttt{fullDP=true} to run the full variant of the algorithm (which could consume \emph{a lot} of memory)
1413     \item the algorithm matches blocks, not individual pixels (though, by setting \texttt{SADWindowSize=1} the blocks are reduced to single pixels)
1414     \item mutual information cost function is not implemented. Instead, we use a simpler Birchfield-Tomasi sub-pixel metric from \cite{BT96}, though the color images are supported as well.
1415     \item we include some pre- and post- processing steps from K. Konolige algorithm \cvCPyCross{FindStereoCorrespondceBM}, such as pre-filtering (\texttt{CV\_STEREO\_BM\_XSOBEL} type) and post-filtering (uniqueness check, quadratic interpolation and speckle filtering)
1416 \end{itemize}
1417
1418 \cvCppFunc{StereoSGBM::StereoSGBM}
1419 StereoSGBM constructors
1420
1421 \cvdefCpp{
1422 StereoSGBM::StereoSGBM();\newline
1423 StereoSGBM::StereoSGBM(
1424             \par int minDisparity, int numDisparities, int SADWindowSize,
1425            \par int P1=0, int P2=0, int disp12MaxDiff=0,
1426            \par int preFilterCap=0, int uniquenessRatio=0,
1427            \par int speckleWindowSize=0, int speckleRange=0,
1428            \par bool fullDP=false);
1429 }
1430 \begin{description}
1431 \cvarg{minDisparity}{The minimum possible disparity value. Normally it is 0, but sometimes rectification algorithms can shift images, so this parameter needs to be adjusted accordingly}
1432 \cvarg{numDisparities}{This is maximum disparity minus minimum disparity. Always greater than 0. In the current implementation this parameter must be divisible by 16.}
1433 \cvarg{SADWindowSize}{The matched block size. Must be an odd number \texttt{>=1}. Normally, it should be somewhere in \texttt{3..11} range}.
1434 \cvarg{P1, P2}{Parameters that control disparity smoothness. The larger the values, the smoother the disparity. \texttt{P1} is the penalty on the disparity change by plus or minus 1 between neighbor pixels. \texttt{P2} is the penalty on the disparity change by more than 1 between neighbor pixels. The algorithm requires \texttt{P2 > P1}. See \texttt{stereo\_match.cpp} sample where some reasonably good \texttt{P1} and \texttt{P2} values are shown (like \texttt{8*number\_of\_image\_channels*SADWindowSize*SADWindowSize} and \texttt{32*number\_of\_image\_channels*SADWindowSize*SADWindowSize}, respectively).}
1435 \cvarg{disp12MaxDiff}{Maximum allowed difference (in integer pixel units) in the left-right disparity check. Set it to non-positive value to disable the check.}
1436 \cvarg{preFilterCap}{Truncation value for the prefiltered image pixels. The algorithm first computes x-derivative at each pixel and clips its value by \texttt{[-preFilterCap, preFilterCap]} interval. The result values are passed to the Birchfield-Tomasi pixel cost function.}
1437 \cvarg{uniquenessRatio}{The margin in percents by which the best (minimum) computed cost function value should "win" the second best value to consider the found match correct. Normally, some value within 5-15 range is good enough}
1438 \cvarg{speckleWindowSize}{Maximum size of smooth disparity regions to consider them noise speckles and invdalidate. Set it to 0 to disable speckle filtering. Otherwise, set it somewhere in 50-200 range.}
1439 \cvarg{speckleRange}{Maximum disparity variation within each connected component. If you do speckle filtering, set it to some positive value, multiple of 16. Normally, 16 or 32 is good enough.}
1440 \cvarg{fullDP}{Set it to \texttt{true} to run full-scale 2-pass dynamic programming algorithm. It will consume O(W*H*numDisparities) bytes, which is large for 640x480 stereo and huge for HD-size pictures. By default this is \texttt{false}}
1441 \end{description}
1442
1443 The first constructor initializes \texttt{StereoSGBM} with all the default parameters (so actually one will only have to set \texttt{StereoSGBM::numberOfDisparities} at minimum). The second constructor allows you to set each parameter to a custom value.
1444
1445 \cvCppFunc{StereoSGBM::operator ()}
1446 Computes disparity using SGBM algorithm for a rectified stereo pair
1447
1448 \cvdefCpp{
1449 void SGBM::operator()(const Mat\& left, const Mat\& right, Mat\& disp);
1450 }
1451 \begin{description}
1452 \cvarg{left}{The left image, 8-bit single-channel or 3-channel.}
1453 \cvarg{right}{The right image of the same size and the same type as the left one.}
1454 \cvarg{disp}{The output disparity map. It will be 16-bit signed single-channel image of the same size as the input images. It will contain scaled by 16 disparity values, so that to get the floating-point disparity map, you will need to divide each \texttt{disp} element by 16.}
1455 \end{description}
1456
1457 The method executes SGBM algorithm on a rectified stereo pair. See \texttt{stereo\_match.cpp} OpenCV sample on how to prepare the images and call the method. Note that the method is not constant, thus you should not use the same \texttt{StereoSGBM} instance from within different threads simultaneously.
1458
1459 \fi
1460
1461 \ifCPy
1462 \cvCPyFunc{StereoCalibrate}
1463 \else
1464 \cvCppFunc{stereoCalibrate}
1465 \fi
1466 Calibrates stereo camera.
1467
1468 \cvdefC{double cvStereoCalibrate( \par const CvMat* objectPoints, \par const CvMat* imagePoints1,
1469                         \par const CvMat* imagePoints2, \par const CvMat* pointCounts,
1470                         \par CvMat* cameraMatrix1, \par CvMat* distCoeffs1,
1471                         \par CvMat* cameraMatrix2, \par CvMat* distCoeffs2,
1472                        \par CvSize imageSize, \par CvMat* R, \par CvMat* T,
1473                         \par CvMat* E=0, \par CvMat* F=0,
1474                         \par CvTermCriteria term\_crit=cvTermCriteria(
1475                                \par CV\_TERMCRIT\_ITER+CV\_TERMCRIT\_EPS,30,1e-6),
1476                         \par int flags=CV\_CALIB\_FIX\_INTRINSIC );}
1477
1478 \cvdefPy{StereoCalibrate( objectPoints, imagePoints1, imagePoints2, pointCounts, cameraMatrix1, distCoeffs1, cameraMatrix2, distCoeffs2, imageSize, R, T, E=NULL, F=NULL, term\_crit=(CV\_TERMCRIT\_ITER+CV\_TERMCRIT\_EPS,30,1e-6), flags=CV\_CALIB\_FIX\_INTRINSIC)-> None}
1479
1480 \cvdefCpp{double stereoCalibrate( const vector<vector<Point3f> >\& objectPoints,\par
1481                       const vector<vector<Point2f> >\& imagePoints1,\par
1482                       const vector<vector<Point2f> >\& imagePoints2,\par
1483                       Mat\& cameraMatrix1, Mat\& distCoeffs1,\par
1484                       Mat\& cameraMatrix2, Mat\& distCoeffs2,\par
1485                       Size imageSize, Mat\& R, Mat\& T,\par
1486                       Mat\& E, Mat\& F,\par
1487                       TermCriteria term\_crit = TermCriteria(TermCriteria::COUNT+\par
1488                          TermCriteria::EPS, 30, 1e-6),\par
1489                       int flags=CALIB\_FIX\_INTRINSIC );}
1490
1491 \begin{description}
1492 \ifCPy
1493     \cvarg{objectPoints}{The joint matrix of object points - calibration pattern features in the model coordinate space. It is floating-point 3xN or Nx3 1-channel, or 1xN or Nx1 3-channel array, where N is the total number of points in all views.}
1494     \cvarg{imagePoints1}{The joint matrix of object points projections in the first camera views. It is floating-point 2xN or Nx2 1-channel, or 1xN or Nx1 2-channel array, where N is the total number of points in all views}
1495     \cvarg{imagePoints2}{The joint matrix of object points projections in the second camera views. It is floating-point 2xN or Nx2 1-channel, or 1xN or Nx1 2-channel array, where N is the total number of points in all views}
1496     \cvarg{pointCounts}{Integer 1xM or Mx1 vector (where M is the number of calibration pattern views) containing the number of points in each particular view. The sum of vector elements must match the size of \texttt{objectPoints} and \texttt{imagePoints*} (=N).}
1497 \fi
1498 \ifCpp
1499     \cvarg{objectPoints}{The vector of vectors of points on the calibration pattern in its coordinate system, one vector per view. If the same calibration pattern is shown in each view and it's fully visible then all the vectors will be the same, although it is possible to use partially occluded patterns, or even different patterns in different views - then the vectors will be different. The points are 3D, but since they are in the pattern coordinate system, then if the rig is planar, it may have sense to put the model to the XY coordinate plane, so that Z-coordinate of each input object point is 0}
1500     \cvarg{imagePoints1}{The vector of vectors of the object point projections on the calibration pattern views from the 1st camera, one vector per a view. The projections must be in the same order as the corresponding object points.}
1501     \cvarg{imagePoints2}{The vector of vectors of the object point projections on the calibration pattern views from the 2nd camera, one vector per a view. The projections must be in the same order as the corresponding object points.}
1502 \fi
1503     \cvarg{cameraMatrix1}{The input/output first camera matrix: $ \vecthreethree{f_x^{(j)}}{0}{c_x^{(j)}}{0}{f_y^{(j)}}{c_y^{(j)}}{0}{0}{1}$, $j = 0,\, 1$. If any of \texttt{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS}, \newline \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_ASPECT\_RATIO}, \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_INTRINSIC} or \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_FOCAL\_LENGTH} are specified, some or all of the matrices' components must be initialized; see the flags description}
1504     \cvarg{distCoeffs1}{The input/output lens distortion coefficients for the first camera, 4x1, 5x1, 1x4 or 1x5 floating-point vectors $(k_1^{(j)}, k_2^{(j)}, p_1^{(j)}, p_2^{(j)}[, k_3^{(j)}])$, $j = 0,\, 1$. If any of \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_K1}, \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_K2} or \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_K3} is specified, then the corresponding elements of the distortion coefficients must be initialized.}    
1505     \cvarg{cameraMatrix2}{The input/output second camera matrix, as cameraMatrix1.}
1506     \cvarg{distCoeffs2}{The input/output lens distortion coefficients for the second camera, as distCoeffs1.}
1507 \cvarg{imageSize}{Size of the image, used only to initialize intrinsic camera matrix.} 
1508 \cvarg{R}{The output rotation matrix between the 1st and the 2nd cameras' coordinate systems.}
1509 \cvarg{T}{The output translation vector between the cameras' coordinate systems.}
1510 \cvarg{E}{The \cvCPy{optional} output essential matrix.}
1511 \cvarg{F}{The \cvCPy{optional} output fundamental matrix.}
1512 \cvarg{term\_crit}{The termination criteria for the iterative optimization algorithm.}
1513 \cvarg{flags}{Different flags, may be 0 or combination of the following values:
1514 \begin{description}
1515 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_INTRINSIC}{If it is set, \texttt{cameraMatrix?}, as well as \texttt{distCoeffs?} are fixed, so that only \texttt{R, T, E} and \texttt{F} are estimated.}
1516 \cvarg{CV\_CALIB\_USE\_INTRINSIC\_GUESS}{The flag allows the function to optimize some or all of the intrinsic parameters, depending on the other flags, but the initial values are provided by the user.}
1517 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_PRINCIPAL\_POINT}{The principal points are fixed during the optimization.}
1518 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_FOCAL\_LENGTH}{$f^{(j)}_x$ and $f^{(j)}_y$ are fixed.}
1519 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_ASPECT\_RATIO}{$f^{(j)}_y$ is optimized, but the ratio $f^{(j)}_x/f^{(j)}_y$ is fixed.}
1520 \cvarg{CV\_CALIB\_SAME\_FOCAL\_LENGTH}{Enforces $f^{(0)}_x=f^{(1)}_x$ and $f^{(0)}_y=f^{(1)}_y$} \cvarg{CV\_CALIB\_ZERO\_TANGENT\_DIST}{Tangential distortion coefficients for each camera are set to zeros and fixed there.}
1521 \cvarg{CV\_CALIB\_FIX\_K1, CV\_CALIB\_FIX\_K2, CV\_CALIB\_FIX\_K3}{Fixes the corresponding radial distortion coefficient (the coefficient must be passed to the function)}
1522 \end{description}}
1523 \end{description}
1524
1525 The function estimates transformation between the 2 cameras making a stereo pair. If we have a stereo camera, where the relative position and orientation of the 2 cameras is fixed, and if we computed poses of an object relative to the fist camera and to the second camera, (R1, T1) and (R2, T2), respectively (that can be done with \cvCross{FindExtrinsicCameraParams2}{solvePnP}), obviously, those poses will relate to each other, i.e. given ($R_1$, $T_1$) it should be possible to compute ($R_2$, $T_2$) - we only need to know the position and orientation of the 2nd camera relative to the 1st camera. That's what the described function does. It computes ($R$, $T$) such that:
1526
1527 \[
1528 R_2=R*R_1
1529 T_2=R*T_1 + T,
1530 \]
1531
1532 Optionally, it computes the essential matrix E:
1533
1534 \[
1535 E=
1536 \vecthreethree
1537 {0}{-T_2}{T_1}
1538 {T_2}{0}{-T_0}
1539 {-T_1}{T_0}{0}
1540 *R
1541 \]
1542
1543 where $T_i$ are components of the translation vector $T$: $T=[T_0, T_1, T_2]^T$. And also the function can compute the fundamental matrix F:
1544
1545 \[F = cameraMatrix2^{-T} E cameraMatrix1^{-1}\]
1546
1547 Besides the stereo-related information, the function can also perform full calibration of each of the 2 cameras. However, because of the high dimensionality of the parameter space and noise in the input data the function can diverge from the correct solution. Thus, if intrinsic parameters can be estimated with high accuracy for each of the cameras individually (e.g. using \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera}), it is recommended to do so and then pass \texttt{CV\_CALIB\_FIX\_INTRINSIC} flag to the function along with the computed intrinsic parameters. Otherwise, if all the parameters are estimated at once, it makes sense to restrict some parameters, e.g. pass \texttt{CV\_CALIB\_SAME\_FOCAL\_LENGTH} and \texttt{CV\_CALIB\_ZERO\_TANGENT\_DIST} flags, which are usually reasonable assumptions.
1548
1549 Similarly to \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera}, the function minimizes the total re-projection error for all the points in all the available views from both cameras.
1550 \ifPy
1551 \else
1552 The function returns the final value of the re-projection error.
1553 \fi
1554
1555 \ifCPy
1556 \cvCPyFunc{StereoRectify}
1557 \else
1558 \cvCppFunc{stereoRectify}
1559 \fi
1560 Computes rectification transforms for each head of a calibrated stereo camera.
1561
1562 \cvdefC{void cvStereoRectify( \par const CvMat* cameraMatrix1, const CvMat* cameraMatrix2,
1563                       \par const CvMat* distCoeffs1, const CvMat* distCoeffs2,
1564                       \par CvSize imageSize, const CvMat* R, const CvMat* T,
1565                       \par CvMat* R1, CvMat* R2, CvMat* P1, CvMat* P2,
1566                       \par CvMat* Q=0, int flags=CV\_CALIB\_ZERO\_DISPARITY,
1567                       \par double alpha=-1, CvSize newImageSize=cvSize(0,0),
1568                       \par CvRect* roi1=0, CvRect* roi2=0);}
1569 \cvdefPy{StereoRectify( cameraMatrix1, cameraMatrix2, distCoeffs1, distCoeffs2, imageSize, R, T, R1, R2, P1, P2, Q=NULL, flags=CV\_CALIB\_ZERO\_DISPARITY, alpha=-1, newImageSize=(0,0))-> (roi1, roi2)}
1570
1571 \cvdefCpp{void stereoRectify( const Mat\& cameraMatrix1, const Mat\& distCoeffs1,\par
1572                     const Mat\& cameraMatrix2, const Mat\& distCoeffs2,\par
1573                     Size imageSize, const Mat\& R, const Mat\& T,\par
1574                     Mat\& R1, Mat\& R2, Mat\& P1, Mat\& P2, Mat\& Q,\par
1575                     int flags=CALIB\_ZERO\_DISPARITY );\newline
1576 void stereoRectify( const Mat\& cameraMatrix1, const Mat\& distCoeffs1,\par
1577                     const Mat\& cameraMatrix2, const Mat\& distCoeffs2,\par
1578                     Size imageSize, const Mat\& R, const Mat\& T,\par
1579                     Mat\& R1, Mat\& R2, Mat\& P1, Mat\& P2, Mat\& Q,\par
1580                     double alpha, Size newImageSize=Size(),\par
1581                     Rect* roi1=0, Rect* roi2=0,\par
1582                     int flags=CALIB\_ZERO\_DISPARITY );}
1583 \begin{description}
1584 \cvarg{cameraMatrix1, cameraMatrix2}{The camera matrices $\vecthreethree{f_x^{(j)}}{0}{c_x^{(j)}}{0}{f_y^{(j)}}{c_y^{(j)}}{0}{0}{1}$.}
1585 \cvarg{distCoeffs1, distCoeffs2}{The input distortion coefficients for each camera, ${k_1}^{(j)}, {k_2}^{(j)}, {p_1}^{(j)}, {p_2}^{(j)} [, {k_3}^{(j)}]$}
1586 \cvarg{imageSize}{Size of the image used for stereo calibration.}
1587 \cvarg{R}{The rotation matrix between the 1st and the 2nd cameras' coordinate systems.}
1588 \cvarg{T}{The translation vector between the cameras' coordinate systems.}
1589 \cvarg{R1, R2}{The output $3 \times 3$ rectification transforms (rotation matrices) for the first and the second cameras, respectively.}
1590 \cvarg{P1, P2}{The output $3 \times 4$ projection matrices in the new (rectified) coordinate systems.}
1591 \cvarg{Q}{The output $4 \times 4$ disparity-to-depth mapping matrix, see \cvCppCross{reprojectImageTo3D}.}
1592 \cvarg{flags}{The operation flags; may be 0 or \texttt{CV\_CALIB\_ZERO\_DISPARITY}. If the flag is set, the function makes the principal points of each camera have the same pixel coordinates in the rectified views. And if the flag is not set, the function may still shift the images in horizontal or vertical direction (depending on the orientation of epipolar lines) in order to maximize the useful image area.}
1593 \cvarg{alpha}{The free scaling parameter. If it is -1\cvCpp{ or absent}, the functions performs some default scaling. Otherwise the parameter should be between 0 and 1. \texttt{alpha=0} means that the rectified images will be zoomed and shifted so that only valid pixels are visible (i.e. there will be no black areas after rectification). \texttt{alpha=1} means that the rectified image will be decimated and shifted so that all the pixels from the original images from the cameras are retained in the rectified images, i.e. no source image pixels are lost. Obviously, any intermediate value yields some intermediate result between those two extreme cases.}
1594 \cvarg{newImageSize}{The new image resolution after rectification. The same size should be passed to \cvCross{InitUndistortRectifyMap}{initUndistortRectifyMap}, see the \texttt{stereo\_calib.cpp} sample in OpenCV samples directory. By default, i.e. when (0,0) is passed, it is set to the original \texttt{imageSize}. Setting it to larger value can help you to preserve details in the original image, especially when there is big radial distortion.}
1595 \cvarg{roi1, roi2}{The optional output rectangles inside the rectified images where all the pixels are valid. If \texttt{alpha=0}, the ROIs will cover the whole images, otherwise they likely be smaller, see the picture below}
1596 \end{description}
1597
1598 The function computes the rotation matrices for each camera that (virtually) make both camera image planes the same plane. Consequently, that makes all the epipolar lines parallel and thus simplifies the dense stereo correspondence problem. On input the function takes the matrices computed by \cvCppCross{stereoCalibrate} and on output it gives 2 rotation matrices and also 2 projection matrices in the new coordinates. The 2 cases are distinguished by the function are: 
1599
1600 \begin{enumerate}
1601 \item Horizontal stereo, when 1st and 2nd camera views are shifted relative to each other mainly along the x axis (with possible small vertical shift). Then in the rectified images the corresponding epipolar lines in left and right cameras will be horizontal and have the same y-coordinate. P1 and P2 will look as: 
1602
1603 \[\texttt{P1}=
1604 \begin{bmatrix}
1605 f & 0 & cx_1 & 0\\
1606 0 & f & cy & 0\\
1607 0 & 0 & 1 & 0
1608 \end{bmatrix}
1609 \]
1610 \[\texttt{P2}=
1611 \begin{bmatrix}
1612 f & 0 & cx_2 & T_x*f\\
1613 0 & f & cy & 0\\
1614 0 & 0 & 1 & 0
1615 \end{bmatrix}
1616 ,
1617 \]
1618
1619 where $T_x$ is horizontal shift between the cameras and $cx_1=cx_2$ if \texttt{CV\_CALIB\_ZERO\_DISPARITY} is set.
1620 \item Vertical stereo, when 1st and 2nd camera views are shifted relative to each other mainly in vertical direction (and probably a bit in the horizontal direction too). Then the epipolar lines in the rectified images will be vertical and have the same x coordinate. P2 and P2 will look as:
1621
1622 \[
1623 \texttt{P1}=
1624 \begin{bmatrix}
1625 f & 0 & cx & 0\\
1626 0 & f & cy_1 & 0\\
1627 0 & 0 & 1 & 0
1628 \end{bmatrix}
1629 \]
1630 \[
1631 \texttt{P2}=
1632 \begin{bmatrix}
1633 f & 0 & cx & 0\\
1634 0 & f & cy_2 & T_y*f\\
1635 0 & 0 & 1 & 0
1636 \end{bmatrix}
1637 ,
1638 \]
1639
1640 where $T_y$ is vertical shift between the cameras and $cy_1=cy_2$ if \texttt{CALIB\_ZERO\_DISPARITY} is set.
1641 \end{enumerate} 
1642
1643 As you can see, the first 3 columns of \texttt{P1} and \texttt{P2} will effectively be the new "rectified" camera matrices. 
1644 The matrices, together with \texttt{R1} and \texttt{R2}, can then be passed to \cvCross{InitUndistortRectifyMap}{initUndistortRectifyMap} to initialize the rectification map for each camera.
1645
1646 Below is the screenshot from \texttt{stereo\_calib.cpp} sample. Some red horizontal lines, as you can see, pass through the corresponding image regions, i.e. the images are well rectified (which is what most stereo correspondence algorithms rely on). The green rectangles are \texttt{roi1} and \texttt{roi2} - indeed, their interior are all valid pixels.
1647
1648 \includegraphics[width=0.8\textwidth]{pics/stereo_undistort.jpg}
1649
1650 \ifCPy
1651 \cvCPyFunc{StereoRectifyUncalibrated}
1652 \else
1653 \cvCppFunc{stereoRectifyUncalibrated}
1654 \fi
1655 Computes rectification transform for uncalibrated stereo camera.
1656
1657 \cvdefC{void cvStereoRectifyUncalibrated( \par const CvMat* points1, \par const CvMat* points2,
1658                                   \par const CvMat* F, \par CvSize imageSize,
1659                                   \par CvMat* H1, \par CvMat* H2,
1660                                   \par double threshold=5 );}
1661 \cvdefPy{StereoRectifyUncalibrated(points1,points2,F,imageSize,H1,H2,threshold=5)-> None}
1662 \cvdefCpp{bool stereoRectifyUncalibrated( const Mat\& points1,\par
1663                                 const Mat\& points2,\par
1664                                 const Mat\& F, Size imgSize,\par
1665                                 Mat\& H1, Mat\& H2,\par
1666                                 double threshold=5 );}
1667 \begin{description}
1668 \cvarg{points1, points2}{The 2 arrays of corresponding 2D points. The same formats as in \cvCross{FindFundamentalMat}{findFundamentalMat} are supported}
1669 \cvarg{F}{The input fundamental matrix. It can be computed from the same set of point pairs using \cvCross{FindFundamentalMat}{findFundamentalMat}.}
1670 \cvarg{imageSize}{Size of the image.}
1671 \cvarg{H1, H2}{The output rectification homography matrices for the first and for the second images.}
1672 \cvarg{threshold}{The optional threshold used to filter out the outliers. If the parameter is greater than zero, then all the point pairs that do not comply the epipolar geometry well enough (that is, the points for which $|\texttt{points2[i]}^T*\texttt{F}*\texttt{points1[i]}|>\texttt{threshold}$) are rejected prior to computing the homographies.
1673 Otherwise all the points are considered inliers.}
1674 \end{description}
1675
1676 The function computes the rectification transformations without knowing intrinsic parameters of the cameras and their relative position in space, hence the suffix "Uncalibrated". Another related difference from \cvCross{StereoRectify}{stereoRectify} is that the function outputs not the rectification transformations in the object (3D) space, but the planar perspective transformations, encoded by the homography matrices \texttt{H1} and \texttt{H2}. The function implements the algorithm \cite{Hartley99}. 
1677
1678 Note that while the algorithm does not need to know the intrinsic parameters of the cameras, it heavily depends on the epipolar geometry. Therefore, if the camera lenses have significant distortion, it would better be corrected before computing the fundamental matrix and calling this function. For example, distortion coefficients can be estimated for each head of stereo camera separately by using \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera} and then the images can be corrected using \cvCross{Undistort2}{undistort}, or just the point coordinates can be corrected with \cvCross{UndistortPoints}{undistortPoints}.
1679
1680
1681 \ifCPy
1682 \cvCPyFunc{Undistort2}
1683 \else
1684 \cvCppFunc{undistort}
1685 \fi
1686 Transforms an image to compensate for lens distortion.
1687
1688 \cvdefC{void cvUndistort2( \par const CvArr* src,\par CvArr* dst,\par const CvMat* cameraMatrix,
1689     \par const CvMat* distCoeffs, \par const CvMat* newCameraMatrix=0 );}
1690 \cvdefPy{Undistort2(src,dst,cameraMatrix,distCoeffs)-> None}
1691
1692 \cvdefCpp{void undistort( const Mat\& src, Mat\& dst, const Mat\& cameraMatrix,\par
1693                 const Mat\& distCoeffs, const Mat\& newCameraMatrix=Mat() );}
1694 \begin{description}
1695 \cvarg{src}{The input (distorted) image}
1696 \cvarg{dst}{The output (corrected) image; will have the same size and the same type as \texttt{src}}
1697 \cvarg{cameraMatrix}{The input camera matrix $A = \vecthreethree{f_x}{0}{c_x}{0}{f_y}{c_y}{0}{0}{1} $}
1698 \cvarg{distCoeffs}{The vector of distortion coefficients, $(k_1^{(j)}, k_2^{(j)}, p_1^{(j)}, p_2^{(j)}[, k_3^{(j)}])$}
1699 \cvCpp{\cvarg{newCameraMatrix}{Camera matrix of the distorted image. By default it is the same as \texttt{cameraMatrix}, but you may additionally scale and shift the result by using some different matrix}}
1700 \end{description}
1701
1702 The function transforms the image to compensate radial and tangential lens distortion.
1703
1704 The function is simply a combination of \cvCross{InitUndistortRectifyMap}{initUndistortRectifyMap} (with unity \texttt{R}) and \cvCross{Remap}{remap} (with bilinear interpolation). See the former function for details of the transformation being performed.
1705
1706 Those pixels in the destination image, for which there is no correspondent pixels in the source image, are filled with 0's (black color).
1707
1708 The particular subset of the source image that will be visible in the corrected image can be regulated by \texttt{newCameraMatrix}. You can use \cvCross{GetOptimalNewCameraMatrix}{getOptimalNewCameraMatrix} to compute the appropriate \texttt{newCameraMatrix}, depending on your requirements.
1709
1710 The camera matrix and the distortion parameters can be determined using
1711 \cvCross{CalibrateCamera2}{calibrateCamera}. If the resolution of images is different from the used at the calibration stage, $f_x, f_y, c_x$ and $c_y$ need to be scaled accordingly, while the distortion coefficients remain the same.
1712
1713
1714 \ifCPy
1715 \cvCPyFunc{UndistortPoints}
1716 \else
1717 \cvCppFunc{undistortPoints}
1718 \fi
1719 Computes the ideal point coordinates from the observed point coordinates.
1720
1721 \cvdefC{void cvUndistortPoints( \par const CvMat* src, \par CvMat* dst,
1722                         \par const CvMat* cameraMatrix,
1723                         \par const CvMat* distCoeffs,
1724                         \par const CvMat* R=NULL,
1725                         \par const CvMat* P=NULL);}
1726 \cvdefPy{UndistortPoints(src,dst,cameraMatrix,distCoeffs,R=NULL,P=NULL)-> None}
1727
1728 \cvdefCpp{void undistortPoints( const Mat\& src, vector<Point2f>\& dst,\par
1729                       const Mat\& cameraMatrix, const Mat\& distCoeffs,\par
1730                       const Mat\& R=Mat(), const Mat\& P=Mat());\newline
1731 void undistortPoints( const Mat\& src, Mat\& dst,\par
1732                       const Mat\& cameraMatrix, const Mat\& distCoeffs,\par
1733                       const Mat\& R=Mat(), const Mat\& P=Mat());}
1734
1735 \begin{description}
1736 \cvarg{src}{The observed point coordinates, same format as \texttt{imagePoints} in \cvCross{ProjectPoints2}{projectPoints}}
1737 \cvarg{dst}{The output ideal point coordinates, after undistortion and reverse perspective transformation\cvCPy{, same format as \texttt{src}}.}
1738 \cvarg{cameraMatrix}{The camera matrix $\vecthreethree{f_x}{0}{c_x}{0}{f_y}{c_y}{0}{0}{1}$}
1739 \cvarg{distCoeffs}{The vector of distortion coefficients, $(k_1^{(j)}, k_2^{(j)}, p_1^{(j)}, p_2^{(j)}[, k_3^{(j)}])$}
1740 \cvarg{R}{The rectification transformation in object space (3x3 matrix). \texttt{R1} or \texttt{R2}, computed by \cvCppCross{StereoRectify} can be passed here. If the matrix is empty, the identity transformation is used}
1741 \cvarg{P}{The new camera matrix (3x3) or the new projection matrix (3x4). \texttt{P1} or \texttt{P2}, computed by \cvCppCross{StereoRectify} can be passed here. If the matrix is empty, the identity new camera matrix is used}
1742 \end{description}
1743
1744 The function is similar to \cvCross{Undistort2}{undistort} and \cvCross{InitUndistortRectifyMap}{initUndistortRectifyMap}, but it operates on a sparse set of points instead of a raster image. Also the function does some kind of reverse transformation to \cvCross{ProjectPoints2}{projectPoints} (in the case of 3D object it will not reconstruct its 3D coordinates, of course; but for a planar object it will, up to a translation vector, if the proper \texttt{R} is specified).
1745
1746 \begin{lstlisting}
1747 // (u,v) is the input point, (u', v') is the output point
1748 // camera_matrix=[fx 0 cx; 0 fy cy; 0 0 1]
1749 // P=[fx' 0 cx' tx; 0 fy' cy' ty; 0 0 1 tz]
1750 x" = (u - cx)/fx
1751 y" = (v - cy)/fy
1752 (x',y') = undistort(x",y",dist_coeffs)
1753 [X,Y,W]T = R*[x' y' 1]T
1754 x = X/W, y = Y/W
1755 u' = x*fx' + cx'
1756 v' = y*fy' + cy',
1757 \end{lstlisting}
1758
1759 where undistort() is approximate iterative algorithm that estimates the normalized original point coordinates out of the normalized distorted point coordinates ("normalized" means that the coordinates do not depend on the camera matrix).
1760
1761 The function can be used both for a stereo camera head or for monocular camera (when R is \cvC{NULL}\cvPy{None}\cvCpp{empty}).