Sensory wizyjne stosowane w systemach do pomiaru skrajni kolejowej i analiza metod ich doboru

• Autorzy: Tokarczyk R. , Kohut P. , Kolecki J.

Warianty tytułu

EN

Vision sensors in railway clearance measurement systems and analysis of their selection methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cechy charakterystyczne systemów wizyjnych stosowanych dla potrzeb pomiaru skrajni można podzielić na trzy grupy: opisujące geometrię odwzorowania, radiometrię i specyfikację techniczną kamery. Geometrię odwzorowania wyznacza się w procesie kalibracji kamery, która dostarcza takich parametrów jak położenie środka rzutów w stosunku do układu obrazu oraz współczynniki funkcji aproksymującej błędy obiektywu i nośnika obrazu. Badanie radiometrii zwykle obejmuje wyznaczenie rozdzielczości układu obiektyw-nośnik obrazu, ostrości i kontrastu (funkcja MTF lub SFR, gamma), zakresu tonalnego, szumu, odwzorowania kolorów. Pozyskiwanie obrazów charakteryzują takie czynniki jak częstotliwość akwizycji oraz przepustowość. Porównane zostaną różne przewodowe i bezprzewodowe technologie interfejsów współczesnych kamer, m.in.: GiGE, CameraLink, USB, FireWire, (decydujące o przepustowości, topologii, wymaganiach co do długości kabli, obciążeniu procesora, czy dopuszczalnej ilość urządzeń akwizycji, itp.). W ramach prowadzonych badań przetestowano kilka reprezentatywnych dla zagadnienia pomiarowego kamer cyfrowych o różnych technologiach interfejsów i wyposażonych w różne obiektywy. W artykule zaprezentowano wyniki kalibracji i testów radiometrycznych wybranych modeli kamer. Wielowariantowa kalibracja geometryczna pozwoliła na zbadanie postawionych problemów: − jaki jest poziom błędów obrazowania przy zastosowaniu różnych obiektywów, − czy można w procesie redukcji błędów obiektywu uwzględniać tylko dystorsję radialną i do ilu czynników wielomianu tej dystorsji wystarczy się ograniczyć, − jakie są błędy szczątkowe obrazu po usunięciu ich optymalnym wielomianem aproksymującym. Badanie radiometrii zdjęć przeprowadzono z użyciem testu IT8, SFR Plus i oprogramowania firmy Imatest. Skupiono się przede wszystkim na najistotniejszych dla obrazowania na potrzeby pomiaru skrajni cechach: ostrości i kontraście, zakresie tonalnym i odwzorowaniu barw. W wyniku badań określono zestaw cech istotnych dla optymalnego wyboru systemu wizyjnego.

EN

The characteristics of imagine systems used in railway clearance measurements can be divided into three groups: geometry of projection, radiometric quality and technical specifications. The geometry of image acquisition is determined in the camera calibration procedure. The interior orientation parameters of camera and distortion model parameters of a lens as well as an imaging sensor are estimated using special test-fields. The radiometric calibration and testing often involves the determination of the imaging system resolution, sharpness and contrast characteristics (MTF or SFR functions and gamma), dynamic range, noise and color projection accuracy. The process of image acquisition can be characterized by frequency and baud rate. The subsequent, widely used wire and wireless communication interfaces of currently used cameras are going to be compared: GiGE, CameraLink, USB, FireWire. The short deprecation of influence of applied interface on the baud rate, systems topology, wire lengths, processor load and the maximum number of connected imagine devices will be given. Within the conducted researches the few appropriate for the railway measurements cameras were tested. The examined cameras have various communication interfaces and were used with various lenses. The results of geometric calibration and radiometric testing will be given. The multi-variant camera calibration allowed to address the following problems: − what we can say about the quantitative characteristics of imagine errors depending on the lens used, − is the modeling of the radial distortion only sufficient and how many coefficients should be applied, − how big are the remaining residuals after applying the systematic image error corrections. The radiometric investigations was conducted using the IT8 and SFR Plus tests. The Imatest software was used. The most important features for the railway clearance measurements were examined, i.e. sharpness, contrast, dynamic range and color projection quality. As a result of conducted researches the set of important for the choice of imaging system features was determined.

Słowa kluczowe

PL

skrajnia kolejowa; kamera cyfrowa; kalibracja kamery; radiometria kamery

EN

railway clearance; digital camera; camera calibration; radiometric calibration

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 23
• Strony: 429--440
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Tokarczyk R.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, telefon: [phone]

autor

Kohut P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Robotyki i Mechatroniki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, telefon: [phone]

autor

Kolecki J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, telefon: [phone]

Bibliografia

• 1. Bayoud F. A., Development of a Robotic Mobile Mapping System by Vision-Aided Inertail Navigation: A Geomatics Approach, Geodätisch-geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, Schweizerischen Geodätischen Kommission, 2006.
• 2. Brown D., Close Range Camera Calibration, Photogrammetric Engineering 37(8), s. 855–866, 1971.
• 3. Griessbach D., Baumbach D., Zuev S., Vision Aided Inertial Navigation, EUROCow 2010,Castelldefels, Hiszpania, 2010.
• 4. Grün A., Huang T. S., Calibration and Orientation of Cameras in Computer Vision, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2001.
• 5. Habib A., Kersting A., Kim C., Chow J., Impact of Camera and System Calibration on Photogrammetric Reconstruction Using Medium Format Digital Camera, EUROCow 2010, Castelldefels, Hiszpania, 2010.
• 6. Kolecki J., Iwaszczuk D., Stilla U., Calibration of an IR System for Automatic Texturing of 3D Building Models by Direct Geo-referenced Imges, EUROCow 2010, Castelldefels, Hiszpania, 2010.
• 7. Pirowski T., Tokarczyk R., 2006. Badanie przestrzeni barwnej cyfrowego aparatu fotograficznego na przykładzie Minolty Dynax 5D. Zeszyty Naukowe AGH, Półrocznik Geodezja, Tom 12, Zeszyt 2/1.
• 8. Vision Research http://www.visionresearch.com/Products/High-Speed-Cameras/v91/
• 9. Zhang Z., Flexible Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane from Unknown Orientations, ICCV99, 1999.