Kalibracja kamer z zastosowanym warunkiem Scheimpfluga

• Autorzy: Tokarczyk R. , Jędrzejek M.

Warianty tytułu

EN

Camera calibration with Scheimpflug condition

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zastosowanie warunku Scheimpfluga w kamerach powoduje, że dystorsja obiektywu nie jest symetryczna wokół punktu głównego zdjęcia, a przyjęcie tego punktu jako początku promieni radialnych dla dystorsji powoduje znaczące obniżenie dokładności fotogrametrycznego pomiaru. Dodatkowo, zmienia się charakter dystorsji, jej zniekształcenie nie jest kołowe, a eliptyczne. Dotychczasowe rozwiązania problemu polegają na dodaniu do parametrów kalibracji kamery kąta nachylenia płaszczyzny rejestracji w stosunku do płaszczyzn głównych obiektywu kamery i wyznaczenie ich w procesie wyrównania sieci z samokalibracją. W przypadkach stosowania metod jednoobrazowych, wykorzystywanych na przykład w pomiarach z zastosowaniem profili świetlnych, znajomość parametrów kalibracji można ograniczyć tylko do błędów obrazu – przede wszystkim do wpływu dystorsji obiektywu. W pracy podano proste obliczeniowo metody wyznaczenia błędów obrazu dla zdjęć wykonanych kamerą z warunkiem Scheimpfluga. Pierwszy polega na wyznaczeniu wyinterpolowanych poprawek do pomierzonych współrzędnych w oparciu o „mapę” odchyłek otrzymaną na podstawie przekształcenia rzutowego płaskiego wielopunktowego pola testowego na zdjęcie. Druga metoda wymaga obliczenia oprócz parametrów dystorsji również punktu najlepszej symetrii dystorsji wykorzystując odchyłki po transformacji rzutowej. Badania wykonano w oparciu o dane rzeczywiste, jak i symulacyjne. Rezultaty usunięcia wpływu dystorsji pierwszą z metod okazały się znacznie lepsze od drugiej metody, pozwoliły na zmniejszenie wpływu błędu dystorsji do poziomu błędów przypadkowych pomiaru.

EN

Automatic processes of manufacturing supervision with digital cameras often need to employ the Scheimpflug condition. This is quite common when registering profiles with a laser light. The Scheimplug condition is applied in this case because usually the registration plane cannot be set in parallel to the plane of a laser profile. Moreover, the low-light conditions forcing the use of large diaphragm size and low image acquisition distance imply that the depth of field is insufficient. Setting up three planes: lens main, image and profile in a way that they intersect within one edge, causes that the axis of the lens impales image plane at a point distant from the principal point, which in the analytical evaluation of the photogrammetric networks is adopted as the best-distortionsymmetry point. The Scheimpflug condition causes that the lens distortion (a feature significantly influencing the central projection) is not symmetrical around the principal point and, assuming this point as the origin of radial rays, leads to significant reduction of accuracy of measurement. A solution to this problem is to include the incidence angle between the detector array and lens main planes in the calibration parameters and their evaluation in the self-calibration network adjustment. This best solution from the substantive point of view thus needs elaboration of a specific software for self-calibration bundle adjustment, which is costly and time consuming. In this paper the different – computationally easier methods for the evaluation of image errors for the images taken considering the use of a camera with the Scheimpflug condition. The first method involves determination of interpolated corrections to measured coordinates based on a “deviation map” obtained from the projective transform of a planar, multi-point test-field on the image. The second method employs the evaluation of the best-distortion-symmetry point using the deviations evaluated after the projective transform, approximated by a radial and tangential distortion polynomial evaluated regarding this point. The research was conducted using real as well as simulated data.

Słowa kluczowe

PL

fotogrametria bliskiego zasięgu; kalibracja kamery; warunek Scheimpfluga; dystorsja obiektywu

EN

close-range photogrammetry; camera calibration; Scheimpflug condition; lens distortion

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 21
• Strony: 385--394
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz.

Twórcy

autor

Tokarczyk R.

• Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza im Stanisława Staszica w Krakowie

autor

Jędrzejek M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im Stanisława Staszica w Krakowie

Bibliografia

• 1.Fournel T., Louhichi H., Barat C., Menudet J.F., 2006. Scheimpflug self-calibration based on tangency points. Author manuscript, published in The 12th International Symposium on Flow Visualization. Göttingen , Germany.
• 2.Jianfeng Li,,Yongkang Guo,Jianhua Zhua,Xiangdi Lin,Yao Xin, Kailiang Duan,Qing Tang, 2007. Optics and Lasers in Engineering. 45 s.1077–1087. www.sciencedirect.com
• 3.Johannesson M., 2005. SIMD architectures for Range and Radar Imaging. Linköping Studies in Science and Technology-Sweden. Dissertations No. 399. http://citeseerx.ist.psu.edu/ /viewdoc/download?doi=10.1.1.97.1858&rep=rep1&type=pdf
• 4.Louhichi H., Fournel T., Lavest J. M., Ben Aissia H. 2007. Self-calibration of Scheimpflug cameras: an easy protocol. Measurement Science and Technology, No 18 . s. 2616–2622.
• 5.Louhichi H., Fournel T., Lavest J. M., Ben Aissia H. 2006. “Camera self-calibration in Scheimpflug Condition for Air Flow Investigation”. G. Bebisetal. (Eds.) ISVC2006, LNCS4292, s..891–900. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• 6.Tokarczyk R., 1982. Badania nad możliwością wykorzystania aparatów fotograficznych do precyzyjnych pomiarów inżynierskich. Rozprawa doktorska. AGH Kraków.