Camera Calibration Using Silhouettes

This report addresses the problem of estimating camera parameters from images where object silhouettes only are known. Several modeling applications make use of silhouettes, and while calibration methods are well known when considering points or lines matched along image sequences, the problem appears to be more difficult when considering silhouettes. However, such primitives encode also information on camera parameters by the fact that their associated viewing cones should present a common intersection in space. In this paper, we investigate the problem both on the theoretical and practical viewpoint. In particular, we clarify why, and how, a set of image silhouettes of the same scene give constraints on camera parameters; these constraints justifying a calibration approach. The main contributions of this paper with respect to existing works is first to establish the optimal criterion that camera parameters should satisfy with respect to silhouettes, and second to provide a practical approach based on this criterion. Results on both synthetic and real data are shown to give insights into the method potential for camera calibration. Key-words: Camera Calibration, silhouettes, multi-camera environments. Calibrage de caméras à partir de silhouettes Résumé : Ce document traite du calibrage de caméras à partir de silhouettes images. De nombreuses applications, en vision par ordinateur, utilisent les silhouettes pour construire des modèles tri-dimensionels, mais très peu le font pour calibrer des caméras. Le problème reste en effet difficile, et peu de solutions fiables existent. Pourtant, ces primitives fournissent de l’information sur les paramètres des caméras. Leurs cônes de vues doivent en effet présenter une intersection commune dans l’espace. Dans ce document, le problème est traité d’un point vue théorique aussi bien que pratique. En particulier, nous clarifions pourquoi, et comment, un ensemble de silhouettes d’une même scêne fournissent des contraintes sur les paramètres des caméras; cela justifiant une méthode de calibrage. Les principales contributions sont, dans un premier temps, d’établir un critère optimal que les paramètres des caméras doivent respecter en lien avec un ensemble de silhouettes puis, dans un deuxième temps, de proposer une approche pratique de calibrage basée sur ce critère. L’intérêt de cette approche est demontré par des résultats expérimentaux obtenus avec des données synthétiques et réèlles. Mots-clés : Calibrage de caméras, silhouettes, environnement multi-caméras. Camera Calibration Using Silhouettes 3