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OpenCVAdvent Calendar 2017Day 8
@tomoaki_teshima(Aki Teshima)

キャリブレーションパターンの管理と生成

Last updated at Posted at 2017-12-07

はじめに

キャリブレーションパターンの作り方

  • キャリブレーションパターンを作るサイト、スクリプト、手順など、多数公開されており、その意味ではN番煎じも甚だしい記事です。
  • ただし、通常と違うのは、今回は「バージョン管理も念頭に入れ」て、「ベクタ形式で生成する」ことです

後日談というか、今回のオチ

  • ビルドするとチェッカーパターンのパワーポイント(pptx)を生成するプログラムを公開しました

  • ここでパターンの数とサイズを指定して
    cmake.png

  • こうなって
    vs.png

  • こう
    ppt.png

  • という具合にビルドするだけでパワーポイント用のバイナリファイルが作られます

  • あとはこれを、「倍率指定100%」で印刷する（用紙サイズ指定ではありません）と、誤差1mm以下の精度で印刷してくれます1

  • プリンタで印刷するとサイズが変わってしまう報告がありますが、私が試した限りでは、「用紙指定」ではなく「倍率指定」なのがキモ、という認識です。

中身の詳細

  • 大まかに説明すれば
    • xmlファイルを複数含むディレクトリをプログラムで生成
    • ディレクトリを単一zipファイルに圧縮
    • zipファイルをpptxにリネーム
  • をしているだけです。
  • Office は拡張子の末尾にxがつくようになってから、ファイルの実態は複数のxmlファイルを単一のファイルにZIP形式で圧縮したもの、となりました
  • 今回はCMakeを使ってpptxファイルを生成しています

円形キャリブレーションパターンの方が精度良いんじゃないの？

  • はい、随所で円形パターンの方が精度が良いことが報告されています

  • なので、cmakeを使ってる理由はそこで、cmakeのコンフィグ時に、パターンの個数や長さの他に種類も変更できるようにしてあります
    explanationGenerator.png

  • 図中にも示しましたが、MARKER_TYPESにmarker_Chessboard、marker_CircleSymmetricalとmarkerCircleAsymmetricalの3種類があり、それぞれ

    • チェッカーボード
    • 円形パターン(格子)
    • 円形パターン(互い違いに配置)

  • となっております

  • この通り
    circleSymmetricalCapture.png

  • 色んなパターンも生成できます
    circleAsymmetricalCapture.png

印刷がきれいになるだけなの？

  • 最大の特徴が、キャリブレーションパターンの情報がヘッダファイルに生成される点です
  • このプロジェクトをcmakeでコンフィグすると、buildディレクトリ直下にconfig.hというファイルが生成されます
config.h
#ifndef CONFIGURE_H_INCLUDED
#define CONFIGURE_H_INCLUDED

/* number of markers in column */
const int cNumMarkerCols = 4;

/* number of markers in row */
const int cNumMarkerRows = 9;

/* gap between markers in cm (= size of each box of chessboard) */
const float cMarkerGap = 1.0f; // in cm

/* diameter of the circle in cm (not used for chessboard) */
const float cSizeCircle = 0.5f; // in cm

/* offset from the edge in cm */
const float cOffset = 1.0f; // in cm

/* name of powerpoint slide file name */
#define DEFAULT_XML_FILENAME "slide1.xml"

/* name of thumbnail file */
#define THUMBNAIL_FILENAME "thumbnail.jpeg"

enum markerType
{
    marker_Chessboard,
    marker_CircleSymmetrical,
    marker_CircleAsymmetrical,
};

const enum markerType cMarkerType = marker_Chessboard;

#endif // CONFIGURE_H_INCLUDED
  • で、この中に先程のパターン数、パターンの種類、長さ、全ての情報が埋め込まれているわけです。
    • cmakeのコマンド、configure_fileがあり、これよってファイルの中に埋め込んだ変数がcmakeで得られた実際の数値/文字列に置き換えられます
    • OpenCVのHAVE_FFMPEGとかWITH_OPENCLを持つ、cvconfig.hと同じ方法です
  • 何が良いかというと、これのおかげでソースコードとキャリブレーションパターンが一意にバージョン管理することができるのが最大のウリです。
  • キャリブレーションパターンとソースコード、別々に管理してたりしませんか？
    • そもそもgit、ひいてはGithubはあまりバイナリの管理には向いていません
    • 圧縮して全履歴を保存することが理由ですが、バイナリには圧縮がほとんどきかないため、Gitのリポジトリに入れると、容易にサイズが肥大化します
    • そのような理由からGithubでも1コミットのサイズに制約がついています

You will not be allowed to push files larger than 100 MB.

  • もちろんそれでもパワーポイントのpptxファイル、特にキャリブレーションパターン程度ならばkbオーダなので、無視してもいいぐらいのサイズです。
  • しかしながら、あとから実験の記録を見返したときに、「あれ？このキャリブレーションパターンいつ使ったんだっけ？」とか、「この写真中のボード、間隔何cmだったかな？」とか、悩んだりしないでいいわけです！
  • その時点の実験を再現するならば、ビルドするだけで、全く同じキャリブレーションパターンを生成できるからです！すごい！

このプログラムキャリブレーションパターン生成するだけ？

  • キャリブレーションパターンを生成してそれでおしまいということはまず無いので、このソースコードを使いたい人は、何らかキャリブレーション用ソースコードとともに、このCMakeLists.txtを管理したいと考えていると思います
  • ここでは、その応用した使い方を紹介したいと思います
    • 直接埋め込む方法
    • execute_process でcmake時点でビルドする方法

直接埋め込む方法

  • 詳細は割愛します。公開したプロジェクトをforkなりダウンロードなりして改造してくれれば良いと思います

execute_process を使う方法

  • CMakeにはexecute_processという強力な機能があります。
  • cmakeするときに、裏側でソースのダウンロード、cmakeによるconfiguration、ビルド、実行までcmakeの裏側で行えます
  • パターンを再生成するためには、cmakeからやり直す必要があります
    • が現実問題パターンの生成をやり直すことはそうそうないのではないでしょうか。
    • 以下のコードをご自身のCMakeLists.txtに追加するだけで、裏側で勝手にpptxが生成さる、手軽さがウリです。
    • pptxはbuild\third-party\build\generated.pptxに生成されます。
    • 下記の例では${TARGET_NAME}ターゲットをmain.cppから生成して、その際にcalibrationPatternGeneratorが生成するconfig.hをインクルードしています
CMakeLists.txt
set(PATTERN_GENERATOR_WORK  "${CMAKE_BINARY_DIR}/third-party")
set(PATTERN_GENERATOR_BUILD "${PATTERN_GENERATOR_WORK}/build")
set(DOWNLOADED_ZIP          "${CMAKE_BINARY_DIR}/patternGenerator.zip")
file(MAKE_DIRECTORY ${PATTERN_GENERATOR_WORK} ${PATTERN_GENERATOR_BUILD})
file(DOWNLOAD "https://github.com/tomoaki0705/calibrationPatternGenerator/archive/v1.0.zip" ${DOWNLOADED_ZIP})
execute_process(COMMAND ${CMAKE_COMMAND} -E tar xz ${DOWNLOADED_ZIP} WORKING_DIRECTORY ${PATTERN_GENERATOR_WORK})
execute_process(COMMAND ${CMAKE_COMMAND} -G${CMAKE_GENERATOR} "../calibrationPatternGenerator-1.0/" WORKING_DIRECTORY ${PATTERN_GENERATOR_BUILD})
execute_process(COMMAND ${CMAKE_COMMAND} --build . --target ALL_BUILD --config Release WORKING_DIRECTORY ${PATTERN_GENERATOR_BUILD})

# executable
add_executable(${TARGET_NAME} main.cpp ${PATTERN_GENERATOR_BUILD}/config.h)

実際にやってみた

  • チェスボード
    • captureChessboard.png
    • resultChessboard.png
  • 円形パターン(格子)
    • captureSymmetricalCircle.png
    • resultSymmetricalCircle.png
  • 円形パターン(互い違いに配置)
    • captureAsymmetricalCircle.png
    • resultAsymmetricalCircle.png

苦労した点

日本語に苦労(xml作成編)

  • もちろん最初は手動でpptxファイルを作り、それと同じコンテンツをプログラムから出力しようとしました
  • が、一向にエラーで開けない2
  • 最終的にはバイナリエディタで比較したところ、「楕円1」という文字列がもとのpptxにあり、それをダイレクトに出力すると文字コードの関係でファイルのエンコードが破壊されていました
  • なので、日本語を諦めて「ellipse 1」もしくは「box 1」と修正

圧縮プログラムに苦労

  • 実はcmakeには、標準で複数ファイルを圧縮する機能がついています
  • cmake -E tar cf hoge.zip file1.xml file2.xml とコマンドを叩くと、cmakeが圧縮ファイルを作ってくれます
  • が、これも何故かpptxとしては開けない。バイナリエディタで比較すると、どうにもファイルフォーマットがzipでない模様。
  • で、コマンドがtarとなってるので、ファイル名はzipでも、tar圧縮されたファイルが生成されていた、というオチ
  • 仕方ないので7zipの実行バイナリをcmake時にダウンロードして来て、裏で実行するスクリプトに改造したのですが、そのあとで、cmakeの3.3からzipフォーマットでの出力がサポートされたことを発見3
  • cmake -E tar cf hoge.zip --format=zip file1.xml file2.xml と、formatオプションを渡すと、ちゃんとZIPファイルとして作ってくれる。

まとめ

  • 筆者は以下の環境で検証しました
項目 環境1 環境2 環境3
OS Windows 7 Professional 64bit Windows 10 Pro 64bit Ubuntu 14.04 32bit
Office 2016 2016 20164
OpenCV 3.3.0 3.2.0 3.1.0
コンパイラ Visual Studio 2013 Update 5 Visual Studio 2013 Update 5 gcc 4.8.4
CMake 3.9.1 3.10.0 3.5.1
CUDA 8.0 8.0 -
  • 明日はTaroYamadaさんの記事で、執筆時点でのタイトルは「仮) OpenCV と Intel Movidius Neural Compute Stick のSDKを連携させた。」です。楽しみ！

補足

pptxだけしかダメなの？docxは？

  • 検証していませんが、docxも中身はzipファイルです。本プログラムを改造して、docxを出力するようにすれば申請書のフォーマットに則ってdocxファイルを出力したり、ネ申エクセルのフォーマットに則ったxlsxファイルを出力することも原理的には可能のはずです。うまくいけば、texファイルからdocxを生成できる夢もあるかも知れません(が、恐ろしく高い障壁が立っている気もします)

OpenCV関係なくね？CMakeだけじゃね？

XMLを直書きしてるけれど、OpenCVのFileStorageクラスは使わなかったの？

  • OpenCVにはxmlで行列やパラメータを書き出せるcv::FileStorageクラスが存在します
  • 実はこれで書き出すことも試したのですが、実は書き出す以前に読み込むことに失敗しました。
  • ですので、どうやらOffice用のxmlとOpenCVがパースできるxmlのフォーマットのどこかに差異があるようです
  • 今回はそこまで検証しておりません、あしからず

  1. 最近のプリンタはすごいですね。 ↩

  2. 誤ったフォーマットのpptxファイルをパワーポイントで開こうとすると、「ファイルが壊れています」というダイアログが表示され、無情にも真っ白なファイルが。。。 ↩

  3. リンク先には「3.2から」と書かれているが、Windows版のバイナリで検証した結果、多分3.2では非対応で、3.3から対応が盛り込まれた ↩

  4. Linuxで生成した後にWindowsにpptxファイルだけ転送。この表には記載しなかったが、OpenOfficeでも開けることだけは確認した。印刷は試してないので不明。 ↩

  5. 検証していませんが、多分2.4系列でも動くのではないかと思います ↩

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