Wie sich chromatische Aberration und Verzerrung auf ima . auswirken

1.chromatische Aberration

1.1 Was ist chromatische Aberration?

Die chromatische Aberration wird durch den Unterschied in der Durchlässigkeit des Materials verursacht. Natürliches Licht besteht aus dem sichtbaren Lichtbereich mit einem Wellenlängenbereich von 390 bis 770 nm, der Rest ist das Spektrum, das das menschliche Auge nicht sehen kann. Da die Materialien unterschiedliche Brechungsindizes für unterschiedliche Wellenlängen des farbigen Lichts aufweisen, hat jedes Farblicht eine andere Abbildungsposition und Vergrößerung, was zu einem Positionschromatismus führt.

1.2 Wie beeinflusst die chromatische Aberration die Bildqualität?

(1) Aufgrund unterschiedlicher Wellenlängen und Brechungsindizes verschiedener Lichtfarben kann der Objektpunkt nicht gut auf EINEN perfekten Bildpunkt fokussiert werden, sodass das Foto unscharf wird.

(2) Aufgrund der unterschiedlichen Vergrößerung der verschiedenen Farben entstehen auch "Regenbogenlinien" am Rand der Bildpunkte.

1.3 Wie wirkt sich die chromatische Aberration auf das 3D-Modell aus?

Wenn die Bildpunkte „Regenbogenlinien“ haben, wirkt sich dies auf die 3D-Modellierungssoftware aus, um denselben Punkt abzugleichen. Beim gleichen Objekt kann die Abstimmung von drei Farben aufgrund der „Regenbogenlinien“ zu einem Fehler führen. Wenn dieser Fehler groß genug wird, führt dies zu einer „Schichtung“.

1.4 So beseitigen Sie chromatische Aberration

Die Verwendung unterschiedlicher Brechungsindizes und unterschiedlicher Dispersion der Glaskombination kann chromatische Aberration eliminieren. Verwenden Sie beispielsweise Glas mit niedrigem Brechungsindex und niedriger Dispersion als konvexe Linsen und Glas mit hohem Brechungsindex und hoher Dispersion als konkave Linsen.

Eine solche kombinierte Linse hat eine kürzere Brennweite bei der mittleren Wellenlänge und eine längere Brennweite bei den lang- und kurzwelligen Strahlen. Durch die Anpassung der sphärischen Krümmung des Objektivs können die Brennweiten des blauen und roten Lichts exakt gleich sein, wodurch die chromatische Aberration im Wesentlichen eliminiert wird.

Sekundärspektrum

Aber chromatische Aberration kann nicht vollständig eliminiert werden. Nach Verwendung des kombinierten Objektivs wird die verbleibende chromatische Aberration als "Sekundärspektrum" bezeichnet. Je länger die Brennweite des Objektivs, desto mehr verbleibende chromatische Aberration. Daher kann für Luftaufnahmen, die hochpräzise Messungen erfordern, das Sekundärspektrum nicht ignoriert werden.

Theoretisch kann das Sekundärspektrum grundsätzlich eliminiert werden, wenn das Lichtband in Blau-Grün- und Grün-Rot-Intervalle unterteilt werden kann und achromatische Techniken auf diese beiden Intervalle angewendet werden. Es wurde jedoch durch Berechnungen bewiesen, dass, wenn für grünes Licht und rotes Licht achromatisch ist, die chromatische Aberration von blauem Licht groß wird; wenn es für blaues Licht und grünes Licht achromatisch ist, wird die chromatische Aberration von rotem Licht groß. Es scheint, dass dies ein schwieriges Problem ist und es keine Antwort gibt, das hartnäckige Sekundärspektrum kann nicht vollständig beseitigt werden.

Apochromatisch（APO）Technik

Glücklicherweise haben theoretische Berechnungen einen Weg für APO gefunden, nämlich ein spezielles optisches Linsenmaterial zu finden, dessen relative Dispersion von blauem Licht zu rotem Licht sehr gering und die von blauem Licht zu grünem Licht sehr hoch ist.

Fluorit ist ein so spezielles Material, seine Dispersion ist sehr gering und ein Teil der relativen Dispersion ist ähnlich wie bei vielen optischen Gläsern. Fluorit hat einen relativ niedrigen Brechungsindex, ist in Wasser wenig löslich und hat eine schlechte Verarbeitbarkeit und chemische Stabilität, aber aufgrund seiner hervorragenden achromatischen Eigenschaften wird es zu einem wertvollen optischen Material.

Es gibt nur sehr wenige reine Bulk-Fluorite, die in der Natur für optische Materialien verwendet werden können, gepaart mit ihrem hohen Preis und der schwierigen Verarbeitung sind Fluorit-Linsen zu einem Synonym für High-End-Linsen geworden. Verschiedene Linsenhersteller haben keine Mühen gescheut, Ersatz für Fluorit zu finden. Fluor-Kronenglas ist einer von ihnen, und AD-Glas, ED-Glas und UD-Glas sind solche Ersatzstoffe.

Rainpoo Schrägkameras verwenden ED-Glas mit extrem geringer Dispersion als Kameraobjektiv, um Aberration und Verzerrung sehr gering zu halten. Reduziert nicht nur die Wahrscheinlichkeit der Schichtung, sondern auch die 3D-Modellwirkung wurde stark verbessert, was die Wirkung der Gebäudeecken und der Fassade deutlich verbessert.

2、Verzerrung

2.1 Was ist Verzerrung

Linsenverzerrung ist eigentlich ein allgemeiner Begriff für perspektivische Verzerrung, dh Verzerrung, die durch die Perspektive verursacht wird. Diese Art der Verzerrung hat einen sehr schlechten Einfluss auf die Genauigkeit der Photogrammetrie. Schließlich besteht der Zweck der Photogrammetrie darin, zu reproduzieren und nicht zu übertreiben, daher ist es erforderlich, dass Fotos die maßstabsgetreuen Informationen der Bodenmerkmale so gut wie möglich widerspiegeln.

Da dies jedoch die inhärente Eigenschaft der Linse ist (konvexe Linse konvergiert Licht und konkave Linse zerstreut Licht), lautet die im optischen Design ausgedrückte Beziehung: gleichzeitig, also Verzeichnung und optischer Farbfehler. Gleiches kann nicht vollständig beseitigt, nur verbessert werden.

In der obigen Abbildung besteht eine proportionale Beziehung zwischen der Bildhöhe und der Objekthöhe, und das Verhältnis zwischen beiden ist die Vergrößerung.

In einem idealen Abbildungssystem wird der Abstand zwischen der Objektebene und dem Objektiv konstant gehalten und die Vergrößerung ist ein bestimmter Wert, sodass es nur eine proportionale Beziehung zwischen Bild und Objekt gibt, überhaupt keine Verzerrung.

Da jedoch im tatsächlichen Abbildungssystem die sphärische Aberration des Hauptstrahls mit der Vergrößerung des Feldwinkels variiert, ist die Vergrößerung in der Bildebene eines Paars konjugierter Objekte nicht mehr konstant, d Bildmitte und Randvergrößerung uneinheitlich, das Bild verliert seine Objektähnlichkeit. Dieser Fehler, der das Bild verformt, wird als Verzerrung bezeichnet.

2.2 Wie wirkt sich Verzerrung auf die Genauigkeit aus

Erstens beeinflusst der Fehler von AT (Aerial Triangulation) den Fehler der dichten Punktwolke und somit den relativen Fehler des 3D-Modells. Daher ist der quadratische Mittelwert (RMS of Reprojection Error) einer der wichtigen Indikatoren, die die endgültige Modellierungsgenauigkeit objektiv widerspiegeln. Durch die Überprüfung des RMS-Wertes kann die Genauigkeit des 3D-Modells einfach beurteilt werden. Je kleiner der RMS-Wert, desto höher die Genauigkeit des Modells.

2.3 Welche Faktoren beeinflussen die Linsenverzerrung?

Brennweite
Im Allgemeinen gilt: Je länger die Brennweite eines Objektivs mit festem Fokus ist, desto geringer ist die Verzerrung; je kürzer die Brennweite, desto größer die Verzerrung. Obwohl die Verzerrung des Objektivs mit ultralanger Brennweite (Teleobjektiv) bereits sehr gering ist, kann die Brennweite des Objektivs der Luftbildkamera zur Berücksichtigung der Flughöhe und anderer Parameter nicht so lang.Das folgende Bild zeigt beispielsweise ein Sony 400-mm-Teleobjektiv. Sie können sehen, dass die Linsenverzerrung sehr gering ist, fast kontrolliert innerhalb von 0,5%. Aber das Problem ist, dass, wenn Sie dieses Objektiv verwenden, um Fotos mit einer Auflösung von 1 cm zu sammeln, und die Flughöhe bereits 820 m beträgt. Es ist völlig unrealistisch, eine Drohne in dieser Höhe zu fliegen.

Linsenbearbeitung

Die Linsenbearbeitung ist der komplexeste und höchste Präzisionsschritt im Linsenherstellungsprozess und umfasst mindestens 8 Prozesse. Der Vorprozess umfasst Nitratmaterial-Fassfalten-Sandhängen-Schleifen und der Nachprozess umfasst Kernbeschichtung-Haft-Farbbeschichtung. Die Bearbeitungsgenauigkeit und die Bearbeitungsumgebung bestimmen direkt die endgültige Genauigkeit optischer Linsen.

Eine geringe Verarbeitungsgenauigkeit hat einen fatalen Einfluss auf die Abbildungsverzerrung, die direkt zu einer ungleichmäßigen Linsenverzerrung führt, die nicht parametrisiert oder korrigiert werden kann, was die Genauigkeit des 3D-Modells ernsthaft beeinträchtigt.

Objektivinstallation

1 zeigt die Linsenneigung während des Linseninstallationsprozesses;

2 zeigt, dass die Linse während des Linseninstallationsprozesses nicht konzentrisch ist;

Abbildung 3 zeigt die korrekte Installation.

In den obigen drei Fällen sind die Installationsmethoden in den ersten beiden Fällen alle eine "falsche" Montage, wodurch die korrigierte Struktur zerstört wird, was zu verschiedenen Problemen wie verschwommenem, ungleichmäßigem Bildschirm und Streuung führt. Daher ist während der Verarbeitung und Montage immer noch eine strenge Präzisionskontrolle erforderlich.

Linsenmontageprozess

Der Linsenmontageprozess bezieht sich auf den Prozess des gesamten Linsenmoduls und des Bildsensors. Die Parameter wie die Lage des Hauptpunktes des Orientierungselementes und die Tangentialverzerrung in den Kamerakalibrierungsparametern beschreiben die durch den Montagefehler verursachten Probleme.

Generell kann ein kleiner Bereich von Montagefehlern toleriert werden (natürlich je höher die Montagegenauigkeit, desto besser). Solange die Kalibrierungsparameter genau sind, kann die Bildverzerrung genauer berechnet und dann die Bildverzerrung entfernt werden. Erschütterungen können auch dazu führen, dass sich das Objektiv leicht bewegt und sich die Objektivverzerrungsparameter ändern. Aus diesem Grund muss die herkömmliche Luftbildkamera nach einiger Zeit repariert und neu kalibriert werden.

2.3 Das schräge Kameraobjektiv von Rainpoo

Doppelt Gauβ Struktur

Die Schrägfotografie stellt viele Anforderungen an das Objektiv, nämlich eine geringe Größe, ein geringes Gewicht, eine geringe Bildverzerrung und chromatische Aberration, eine hohe Farbwiedergabe und eine hohe Auflösung. Bei der Gestaltung der Linsenstruktur verwendet die Linse von Rainpoo eine doppelte Gauβ-Struktur, wie in der Abbildung gezeigt:
Die Struktur ist in die Vorderseite des Objektivs, die Blende und die Rückseite des Objektivs unterteilt. Vorder- und Rückseite können in Bezug auf die Membran "symmetrisch" erscheinen. Eine solche Struktur ermöglicht es, dass sich einige der chromatischen Aberrationen, die vorne und hinten erzeugt werden, gegenseitig aufheben, so dass sie große Vorteile bei der Kalibrierung und der Linsengrößensteuerung im späten Stadium hat.

Asphärischer Spiegel

Bei einer Schrägkamera mit integrierten fünf Objektiven wiegt die Kamera fünfmal, wenn sich das Gewicht jedes Objektivs verdoppelt; Wenn sich jedes Objektiv in der Länge verdoppelt, verdoppelt sich die Größe der Schrägkamera mindestens. Um eine hohe Bildqualität bei möglichst geringer Aberration und Lautstärke zu erreichen, müssen daher bei der Konstruktion asphärische Linsen verwendet werden.

Asphärische Linsen können das durch die sphärische Oberfläche gestreute Licht wieder in den Fokus fokussieren, nicht nur eine höhere Auflösung erzielen, den Farbwiedergabegrad hoch machen, sondern auch die Aberrationskorrektur mit einer kleinen Anzahl von Linsen durchführen und die Anzahl der herzustellenden Linsen reduzieren die Kamera leichter und kleiner.

Verzerrungskorrektur Technik

Der Fehler im Montageprozess führt zu einer Zunahme der tangentialen Verzerrung der Linse. Die Reduzierung dieses Montagefehlers ist der Verzerrungskorrekturprozess. Die folgende Abbildung zeigt die schematische Darstellung der tangentialen Verzerrung einer Linse. Im Allgemeinen ist die Verzerrungsverschiebung symmetrisch zur unteren linken – – oberen rechten Ecke, was darauf hindeutet, dass das Objektiv einen Drehwinkel senkrecht zur Richtung hat, der durch Montagefehler verursacht wird.

Um die hohe Abbildungsgenauigkeit und -qualität zu gewährleisten, hat Rainpoo daher eine Reihe strenger Kontrollen bei Design, Verarbeitung und Montage durchgeführt:

Um die Koaxialität der Linsenmontage in der frühen Konstruktionsphase zu gewährleisten, ist darauf zu achten, dass möglichst alle Linsenmontageebenen mit einer Aufspannung bearbeitet werden;

②Verwendung importierter Legierungsdrehwerkzeuge auf hochpräzisen Drehmaschinen, um sicherzustellen, dass die Bearbeitungsgenauigkeit das IT6-Niveau erreicht, insbesondere um sicherzustellen, dass die Koaxialitätstoleranz 0,01 mm beträgt;

③Jede Linse ist mit einem Satz hochpräziser Wolframstahl-Lehrdorne auf der inneren Kreisfläche ausgestattet (jede Größe enthält mindestens 3 verschiedene Toleranzstandards), jedes Teil wird streng kontrolliert und Positionstoleranzen wie Parallelität und Rechtwinkligkeit werden von einem erkannt. Drei-Koordinaten-Messgerät;

④Nachdem jedes Objektiv hergestellt wurde, muss es überprüft werden, einschließlich Projektionsauflösungs- und Diagrammtests sowie verschiedener Indikatoren wie Auflösung und Farbwiedergabe des Objektivs.