Center for Machine Perception Department of Cybernetics, Faculty of Electrical Engineering Czech Technical University in Prague Solving Minimal Problems.

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
15.1 Shapes Elektronická učebnice - I. stupeň Základní škola Děčín VI, Na Stráni 879/2 – příspěvková organizace Anglický jazyk Autor: Zuzana Tonderová.
Advertisements

0 / 1X36DSA 2005The complexity of different algorithms varies: O(n), Ω(n 2 ), Θ(n·log 2 (n)), … Různé algoritmy mají různou složitost: O(n), Ω(n 2 ), Θ(n·log.
O metodě konečných prvků Lect_6.ppt M. Okrouhlík Ústav termomechaniky, AV ČR, Praha Liberec, 2010 Pár slov o Matlabu a o zobrazení čísla na počítači.
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiáluVY_32_INOVACE_178 Název školyGymnázium, Tachov, Pionýrská 1370 Autor Mgr. Eleonora Klasová Předmět.
1 / 2X36DSA 2005The complexity of different algorithms varies: O(n), Ω(n 2 ), Θ(n·log 2 (n)), … Různé algoritmy mají různou složitost: O(n), Ω(n 2 ), Θ(n·log.
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_ 007 Název školy Gymnázium, Tachov, Pionýrská 1370 Autor Mgr.Stanislava Antropiusová.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Tutorial: Economic Lyceum Topic: State Economic Policy Prepared by: Ing. Lenka Gabrielová Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/
y.cz Název školyStřední odborná škola a Gymnázium Staré Město Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ AutorMgr. Roman Chovanec Název šablonyIII/2.
Obchodní akademie, Ostrava-Poruba, příspěvková organizace Vzdělávací materiál/DUM Businessland / Introductions 06B2 AutorLadislava Pechová Období vytvořeníŘíjen.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební, Opava, příspěvková organizace, Boženy Němcové 22/2309, Opava Název operačního programu:OP.
Obchodní akademie, Ostrava-Poruba, příspěvková organizace Vzdělávací materiál/DUM Businessland / Making Contracts 06B16 AutorLadislava Pechová Období vytvořeníLeden.
Obchodní akademie a Střední odborná škola, gen. F. Fajtla, Louny, p.o. Osvoboditelů 380, Louny Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo sady 03 Číslo.
Pracovní list - pro tisk Vloženo z stress.pptx Začátek.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_AJK-2.PT-09-Způsoby cestování Název školyStřední odborná škola a Střední odborné učiliště,
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_12_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Výukový materiál zpracovaný v rámci projektu Označení:Sada: 3 Ověření ve výuce:Třída: Datum: Registrační číslo projektu:CZ.1.07/1.5.00/ VY_32_INOVACE_ANJ_VL_3_11.
y.cz Název školyStřední odborná škola a Gymnázium Staré Město Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ AutorMgr. Roman Chovanec Název šablonyIII/2.
1 Škola: Gymnázium, Brno, Slovanské náměstí 7 Šablona: III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název projektu: Inovace výuky na GSN prostřednictvím.
Tutorial: Obchodní akademie Topic: Creating Formulas Prepared by : Mgr. Zdeněk Hrdina Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/
Tutorial: Obchodní akademie Topic: Logical Functions Prepared by: Mgr. Zdeněk Hrdina Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je.
Jméno autora: Mgr. Mária Filipová Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_09_AJ_EP Ročník: 1. – 4. ročník Vzdělávací oblast:Jazyk a jazyková.
Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební, Opava, příspěvková organizace, Boženy Němcové 22/2309, Opava Název operačního programu:OP.
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_AJK-1.PT-06-Rodina a přátelé Název školyStřední odborná škola a Střední odborné učiliště,
Statistická analýza dat
 Piston pumps are a type of water pumps which cause the liquid to flow using one or more oscillating pistons.
Radim Kříž Text messages Text messages are short written messages between mobile phones. Text messaging is sometimes called SMS (short messaging service).
Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební, Opava, příspěvková organizace, Boženy Němcové 22/2309, Opava Název operačního programu:OP.
Course Outline1. Instructor: Martin Hála, PhD. Mathematics DPT, B105,  Further information and downloads on my personal website:
Podpora rozvoje cizích jazyků pro Evropu 21. stol. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním.
FUTURE - GOING TO, FUTURE - USING PRESENT CONTINUOUS, FUTURE PLANS Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology.
CZECH STATISTICAL OFFICE Na padesátém 81, CZ Praha 10, Czech Republic Blind Friendly Website Helena Koláčková Czech Statistical Office.
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/ je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tutorial:
Podpora rozvoje cizích jazyků pro Evropu 21. stol. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním.
Scanservice a.s. | Náchodská 2397/23 | Praha 9 | Česká republika | D O C U M E N T I M A G I N G
Obchodní akademie, Ostrava-Poruba, příspěvková organizace Vzdělávací materiál/DUM Businessland / Internal Communications 06B3 AutorLadislava Pechová Období.
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu VY_32_INOVACE_AJK-2.PT-13-Vzdělávání Název školyStřední odborná škola a Střední odborné učiliště,
Podpora rozvoje cizích jazyků pro Evropu 21. stol. INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním.
INTEGRATED RESCUE SYSTEM Střední průmyslová škola Hranice Mgr. Radka Vorlová 02_Integrated Rescue System CZ.1.07/1.5.00/
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Název projektuModerní škola Název školyStřední hotelová škola, s.r.o., Floriánské nám. 350, Kladno PředmětKonverzace.
Datum: Projekt: Kvalitní výuka Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Číslo DUM: VY_22_INOVACE_9 Jméno autora: Irena Moučková Název práce:
Listening VY_32_INOVACE_AJ_2_60 Multiple choice Číslo projektu: CZ.1.07./1.5.00/ Název projektu: Zlepšení podmínek pro vzdělávání na SUŠ, Ostrava.
Department of Economics and Management in Civil Engineering, CTU in Prague, Václav BERAN, Petr DLASK, Dana ČÁPOVÁ, Jaroslava.
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL
Going across the USA Tematická oblast Angličtina: The USA
Registrační číslo: CZ.1.07/1.4.00/
TO HAVE MÍT – VLASTNIT NĚCO Long form I have got You have got
GE - Vyšší kvalita výuky
Listening 1 vypracovala: Mgr. Monika Štrejbarová.
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL
Výukový materiál VY_22_INOVACE_36_ Numbers. Part 2
Výukový materiál VY_22_INOVACE_30_ Numbers and shapes. Extension
Název školy : Základní škola a mateřská škola,
Obchodní akademie, Střední odborná škola a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Hradec Králové Autor: Mgr. Radka Černá Název materiálu: VY_32_INOVACE_5_ANGLICKY_JAZYK_GRAMATIKA_03.
Název školy: ZŠ Varnsdorf, Edisonova 2821, okres Děčín, příspěvková organizace Jazyk a jazyková komunikace, Anglický jazyk, Minulý čas prostý pravidelných.
Introduction to MS Dynamics NAV XX. (Combined Shipments)
Název školy: ZŠ Bor, okres Tachov, příspěvková organizace
Živá fáze.
:30 Replies to Complaints 1 V– 2nd semester.
Projekt Anglicky v odborných předmětech, CZ.1.07/1.3.09/
Introduction to MS Dynamics NAV (Expected Costs)
Revison of the 2nd semester
(a brief reminder of electromagnetism)
Quantum Chemistry / Quantum Mechanics
Quantum Chemistry / Quantum Mechanics
Různé algoritmy mají různou složitost: O(n), Ω(n2), Θ(n·log2(n)), …
Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Vocelova 1338
Petr Michálek Datum konání:
Transkript prezentace:

Center for Machine Perception Department of Cybernetics, Faculty of Electrical Engineering Czech Technical University in Prague Solving Minimal Problems in Computer Vision Zuzana Kukelova, Tomas Pajdla, Martin Bujnak with contribution of M. Byrőd, K. Josephson, K. Åstrőm Lund University

2/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Many problems in computer vision can be formulated using systems of polynomial equations  The classical minimal problem – relative camera pose determination  5 matches are necessary and sufficient => 5pt relative pose problem Motivation

3/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Motivation  Minimal problems  Relative camera pose determination for cameras with radial distortion => more difficult systems of polynomial equations  systems are not trivial => special algorithms have to be designed to achieve numerical robustness and computational efficiency

4/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague One polynomial equation in one unknown - Companion matrix 1 equation in 1 variable  companion matrix  eigenvalues... a simple rule Eigenvalues = solutions 

5/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague System of linear polynomial equations - Gauss elimination  System of n linear equations in n unknowns We can represent this system in a matrix form Perform Gauss-elimination  reduces the matrix to a triangular form backsubstitution

6/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague System of m polynomial equations in n unknowns  A system of m polynomial equations in n variables with coefficients from  Our goal is to solve this system  Many different methods  Numerical methods  Polynomial eigenvalue solution  Symbolic methods  Grőbner basis methods  Resultant methods

7/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague System of m nonlinear polynomial equations in n unknowns - Grőbner basis method  System of m linear equations in n unknowns  Idea  construct a new system of polynomial equations with the same solutions as the initial one, but with a simpler structure  Grőbner bases  have the same solutions but are easier to solve

8/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague System of m nonlinear polynomial equations in n unknowns - Grőbner basis method  The reality is much harder  Computation of Grőbner bases  is a NP-complete in m, n (takes very long time to compute)  is an EXPSPACE-complete problem (needs huge space to remember intermediate results)  Fortunately in some cases, Grőbner bases can be obtained easier Equations  Grőbner basis no simple way

9/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague System of m nonlinear polynomial equations in n unknowns - Grőbner basis method How to find coefficients? Bucheberger’s algorithm ~ generalized Gauss elimination

10/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Grőbner basis method w.r.t. lexicographic ordering ~ generalized G-J elimination  General approach for constructing the Grőbner basis Add new equations – monomial multiples of initial equationsPerform Gauss-Jordan elimination

11/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague System of m polynomial equations in n unknowns – An action matrix  m equations in n unknowns Buchberger’s algorithm Generalized companion matrix Eigenvectors Solutions Grőbner basis (grevlex ordering) Polynomial division Eigenvectors ~ solutions

12/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Grőbner basis method  Computing Grőbner basis (even in grevlex ordering) may be very hard  Example: 4 polynomials, 3 variables, degree  6, small integer coeffs  Have extremly simple Grőbner basis

13/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Grőbner basis method  However when computed by the Buchberger’s algorithm over the rational numbers w.r.t. the grevlex ordering x > y > z, the following polynomial appears during the computation: ~ 80,000 digits

14/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Grőbner basis method C o m p l e x i t y Input Grőbner basis General algorithms can construct all GBs but often generate many complicated polynomials G e n e r a l a l g o r i t h m S p e c i f i c a l g o r i t h m

15/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Specific Grőbner basis algorithm  Find a short path towards the Grőbner basis which is independent from the actual coefficients, implement it eficiently run long, coefficient growth numerical problems fast, no coefficient growth, no numerical problems

16/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Specific Grőbner basis algorithm  Use a computer algebra system (Macaulay2) to compute the Grőbner basis in a finite field (fast!) for random coefficients and remember the path  Implement (hard-code) the path efficiently in  Try to avoid numerical instability  J.C. Faugere’s F4 algorithm  Single G-J Elimination (often) makes algorithms more robust than repeating G-J Elimination & multiplication

17/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Minimal problems for cameras with radial distortion  Three new minimal problems for estimating one-parameter radial distortion model and epipolar geometry from point correspondences 1. Minimal algorithm for uncalibrated cameras with same radial distortion and 8 point correspondences (IEEE CVPR 2007) 2. Minimal algorithm for partially calibrated cameras with same radial distortion and 6 point correspondences (IEEE CVPR 2008) 3. Minimal algorithm for uncalibrated cameras with different radial distortions in each image and 9 point correspondences (IEEE CVPR 2008)

18/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Minimal problems for cameras with radial distortion  One parameter division model (Fitzgibbon)  Epipolar constraint  We use the constraint  we obtain systems of algebraic equations  first simplify by eliminating some of the variables  solve using a Grőbner based method  result in the systems of algebraic equations  simplified by eliminating some of the variables  solved using a Groebner basis technique. Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague - uncalibrated cases - calibrated case

19/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Correct radial lens distortion for uncalibrated cameras with different radial distortions and in each image using the minimal number of point correspondences => 9 correspondences  10 equations in 10 variables  Simplifying these equations => 4 equations in 4 variables (2nd,two 3rd,5th degree)  24 solutions  one G-J elimination of 178x203 matrix (8th degree equations)  runs ~ 16ms Minimal algorithm for uncalibrated cameras with different radial distortions (CVPR 2008) Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague

20/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Real images, minimal algorithm for cameras with different distortions  66% cutouts from omnidirectional images taken with two different cameras Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Results Before correction After correction Left image Right image

21/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Results Before correction After correction Left image Right image  Cutout from the omnidirectional image and the perspective image

22/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Given four 2D-to-3D correspondences, estimate camera position, orientation and recover the camera focal length  Generalization of existing P3P and P4P problems for fully calibrated cameras  Planar + general 3D scenes P4P problem for camera with unknown focal length (CVPR 2008) f o X1X1 X2X2 X3X3 X4X4 x1x1

23/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  5 equations in 4 unknowns (focal length + 3 depths)  Solve these equations using the method based on Grőbner basis and generalized companion matrix  one G-J elimination of 78x88 matrix  runtime ~1ms P4P problem for camera with unknown focal length (CVPR 2008)

24/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague Polynomial eigenvalue method Rewrite in a matrix form Rewrite in a form ~Polynomial eigenvalue formulation

25/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Given 6 point correspondences in two images, find relative position, orientation and focal length of partially calibrated camera  Solutions:  Stewenius et al. CVPR Grőbner basis solution 6 point focal length problem Polynomial eigenvalue solution (BMVC 2008)

26/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Epipolar constraint  Parametrize the fundamental as a linear combination of a basis of the space of all compatible fundamental matrices  Singularity of F  Trace constraint of E  10 3 rd and 5 th order equations in 3 variables and with 30 monomials 6 point focal length problem Polynomial eigenvalue solution (BMVC 2008)

27/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  Equations can be rewriten where  are known square coefficient matrices   Quadratic polynomial eigenvalue problem  solve using standard efficient algorithms, for example MATLAB function 6 point focal length problem Polynomial eigenvalue solution (BMVC 2008)

28/28 Zuzana Kúkelová Tomáš Pajdla Center for Machine Perception, Czech Technical University in Prague  No general robust and efficient method for solving systems of polynomial equations  Special algorithms have to be designed to achieve numerical robustness and computational efficiency Conclusion THANK YOU FOR YOUR ATTENTION