diff --git a/source/docs/calibration/calibration.rst b/source/docs/calibration/calibration.rst index c34da24a..10e4f8f2 100644 --- a/source/docs/calibration/calibration.rst +++ b/source/docs/calibration/calibration.rst @@ -82,8 +82,78 @@ Now, we'll capture images of our chessboard from various angles. The most import Accessing Calibration Images ---------------------------- -For advanced users, these calibrations can be later accessed by :ref:`exporting your config directory ` and viewing the camera's config.json file. Furthermore, the most recent snapshots will be saved to the calibImgs directory. The example images below are from `the calibdb website ` -- focus on how the target is oriented, as the same general tips for positioning apply for chessboard targets as for ChArUco. +Details about a particular calibration can be viewed by clicking on that resolution in the calibrations tab. This tab allows you to download raw calibration data, upload a previous calibration, and inspect details about calculated camera intrinsics. -.. image:: images/calibImgs.png +.. image:: images/cal-details.png :width: 600 :alt: Captured calibration images + +.. note:: More info on what these parameters mean can be found in `OpenCV's docs `_ + +- Fx/Fy: Estimated camera focal length, in mm +- Fx/Cy: Estimated camera optical center, in pixels. This should be at about the center of the image +- Distortion: OpenCV camera model distortion coefficients +- FOV: calculated using estimated focal length and image size. Useful for gut-checking calibration results +- Mean Err: Mean reprojection error, or distance between expected and observed chessboard cameras for the full calibration dataset + +Below these outputs are the snapshots collected for calibration, along with a per-snapshot mean reprojection error. A snapshot with a larger reprojection error might indicate a bad snapshot, due to effects such as motion blur or misidentified chessboard corners. + +Calibration images can also be extracted from the downloaded JSON file using `this Python script `_. This script will unpack calibration images, and also generate a VNL file for use `with mrcal `_. + +:: + + python3 /path/to/calibrationUtils.py path/to/photon_calibration.json /path/to/output/folder + +.. image:: images/unpacked-json.png + :width: 600 + :alt: Captured calibration images + + +Investigating Calibration Data with mrcal +----------------------------------------- + +`mrcal `_ is a command-line tool for camera calibration and visualization. PhotonVision has the option to use the mrcal backend during camera calibration to estimate intrinsics. mrcal can also be used post-calibration to inspect snapshots and provide feedback. These steps will closely follow the `mrcal tour `_ -- I'm aggregating commands and notes here, but the mrcal documentation is much more thorough. + +Start by `Installing mrcal `_. Note that while mrcal *calibration* using Photon is supported on all platforms, but investigation right now only works on Linux. Some users have also reported luck using `WSL 2 on Windows `ap_ as well. You may also need to install ``feedgnuplot``. On Ubuntu systems, these commands should be run from a standalone terminal and *not* the one `built into vscode `_. + +Let's run ``calibrationUtils.py`` as described above, and then cd into the output folder. From here, you can follow the mrcal tour, just replacing the VNL filename and camera imager size as necessary. My camera calibration was at 1280x720, so I've set the XY limits to that below. + +:: + + $ cd /path/to/output/folder + $ ls + matt@photonvision:~/Documents/Downloads/2024-01-02_lifecam_1280$ ls + corners.vnl img0.png img10.png img11.png img12.png img13.png img1.png + img2.png img3.png img4.png img5.png img6.png img7.png img8.png + img9.png cameramodel_0.cameramodel + + $ < corners.vnl \ + vnl-filter -p x,y | \ + feedgnuplot --domain --square --set 'xrange [0:1280] noextend' --set 'yrange [720:0] noextend' + +.. image:: images/mrcal-coverage.svg + :alt: A diagram showing the locations of all detected chessboard corners. + +As you can see, we didn't do a fantastic job of covering our whole camera sensor -- there's a big gap across the whole right side, for example. We also only have 14 calibration images. We've also got our "cameramodel" file, which can be used by mrcal to display additional debug info. + +Let's inspect our reprojection error residuals. We expect their magnitudes and directions to be random -- if there's patterns in the colors shown, then our calibration probably doesn't fully explain our physical camera sensor. + +:: + + $ mrcal-show-residuals --magnitudes --set 'cbrange [0:1.5]' ./camera-0.cameramodel + $ mrcal-show-residuals --directions --unset key ./camera-0.cameramodel + +.. image:: images/residual-magnitudes.svg + :alt: A diagram showing residual magnitudes + +.. image:: images/residual-directions.svg + :alt: A diagram showing residual directions + +Clearly we don't have anywhere near enough data to draw any meaningful conclusions (yet). But for fun, let's dig into `camera uncertainty estimation `_. This diagram shows how expected projection error changes due to noise in calibration inputs. Lower projection error across a larger area of the sensor imply a better calibration that more fully covers the whole sensor. For my calibration data, you can tell the projection error isolines (lines of constant expected projection error) are skewed to the left, following my dataset (which was also skewed left). + +:: + + $ mrcal-show-projection-uncertainty --unset key ./cameramodel_0.cameramodel + +.. image:: images/camera-uncertainty.svg + :alt: A diagram showing camera uncertainty diff --git a/source/docs/calibration/images/cal-details.png b/source/docs/calibration/images/cal-details.png new file mode 100644 index 00000000..ad9ab635 Binary files /dev/null and b/source/docs/calibration/images/cal-details.png differ diff --git a/source/docs/calibration/images/calibImgs.png b/source/docs/calibration/images/calibImgs.png deleted file mode 100644 index 1b1b37b5..00000000 Binary files a/source/docs/calibration/images/calibImgs.png and /dev/null differ diff --git a/source/docs/calibration/images/camera-uncertainty.svg b/source/docs/calibration/images/camera-uncertainty.svg new file mode 100644 index 00000000..547c5368 --- /dev/null +++ b/source/docs/calibration/images/camera-uncertainty.svg @@ -0,0 +1,6201 @@ + + +Qt SVG Document +Generated with Qt + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +0.6 + + + 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+ + + + + + + + + +Projection uncertainty (in pixels) based on calibration input noise. Looking out to infinity + + + + + + + + + diff --git a/source/docs/calibration/images/mrcal-coverage.svg b/source/docs/calibration/images/mrcal-coverage.svg new file mode 100644 index 00000000..f4cb0868 --- /dev/null +++ b/source/docs/calibration/images/mrcal-coverage.svg @@ -0,0 +1,10773 @@ + + +Qt SVG Document +Generated with Qt + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 100 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 200 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 300 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 400 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 500 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 600 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 700 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 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Directions shown as colors. Magnitudes ignored + + + + + + + + + diff --git a/source/docs/calibration/images/residual-magnitudes.svg b/source/docs/calibration/images/residual-magnitudes.svg new file mode 100644 index 00000000..10fdf823 --- /dev/null +++ b/source/docs/calibration/images/residual-magnitudes.svg @@ -0,0 +1,10360 @@ + + +Qt SVG Document +Generated with Qt + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 100 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 200 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 300 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 400 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 500 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 600 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 700 + + + + + + + + + + + + + + + + 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+ + + 1.4 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +Fitted residuals. Errors shown as colors + + + + + + + + + diff --git a/source/docs/calibration/images/unpacked-json.png b/source/docs/calibration/images/unpacked-json.png new file mode 100644 index 00000000..045c5635 Binary files /dev/null and b/source/docs/calibration/images/unpacked-json.png differ