Como afectan a ima a aberración cromática e a distorsión

1.aberración cromática

1.1 Que é a aberración cromática

A aberración cromática é causada pola diferenza na transmisividade do material. A luz natural está composta pola rexión de luz visible cun rango de lonxitudes de onda de 390 a 770 nm, e o resto son o espectro que o ollo humano non pode ver. Debido a que os materiais teñen índices de refracción diferentes para diferentes lonxitudes de onda de luz coloreada, cada luz de cor ten unha posición de imaxe e un aumento diferentes, o que resulta nun cromatismo de posición.

1.2 Como afecta a aberración cromática á calidade da imaxe

(1) Debido ás diferentes lonxitudes de onda e ao índice de refracción das diferentes cores da luz, o punto do obxecto non se pode enfocar ben nun punto de imaxe perfecto, polo que a foto quedará borrosa.

(2) Ademais, debido á diferente ampliación das diferentes cores, haberá "liñas do arco da vella" no bordo dos puntos da imaxe.

1.3 Como afecta a aberración cromática ao modelo 3D

Cando os puntos de imaxe teñan "liñas arco da vella", afectará ao software de modelado 3D para que coincida co mesmo punto. Para o mesmo obxecto, a coincidencia de tres cores pode provocar un erro debido ás "liñas do arco da vella". Cando este erro se acumule o suficientemente grande, provocará a "estratificación".

1.4 Como eliminar a aberración cromática

O uso de diferentes índices de refracción e diferente dispersión da combinación de vidro pode eliminar a aberración cromática. Por exemplo, use vidro de baixo índice de refracción e baixa dispersión como lentes convexas, e alto índice de refracción e vidro de alta dispersión como lentes cóncavas.

Tal lente combinada ten unha distancia focal máis curta na lonxitude de onda media e unha maior distancia focal nos raios de onda longa e curta. Ao axustar a curvatura esférica da lente, as distancias focais da luz azul e vermella poden ser exactamente iguais, o que basicamente elimina a aberración cromática.

Espectro secundario

Pero a aberración cromática non se pode eliminar por completo. Despois de usar a lente combinada, a aberración cromática restante chámase "espectro secundario". Canto maior sexa a distancia focal da lente, máis aberración cromática permanece. Polo tanto, para levantamentos aéreos que requiren medicións de alta precisión, non se pode ignorar o espectro secundario.

En teoría, se a banda de luz se pode dividir en intervalos azul-verde e verde-vermello e se aplican técnicas acromáticas a estes dous intervalos, o espectro secundario pódese eliminar basicamente. Porén, comprobouse mediante cálculos que se é acromático para a luz verde e a luz vermella, a aberración cromática da luz azul faise grande; se é acromático para a luz azul e a luz verde, a aberración cromática da luz vermella faise grande. Parece que este é un problema difícil e non ten resposta, o teimudo espectro secundario non se pode eliminar por completo.

Apocromático（APO）tecnoloxía

Afortunadamente, os cálculos teóricos atoparon un camiño para APO, que consiste en atopar un material de lente óptica especial cuxa dispersión relativa de luz azul a luz vermella é moi baixa e a de luz azul a luz verde é moi alta.

A fluorita é un material tan especial, a súa dispersión é moi baixa e parte da dispersión relativa está preto de moitos lentes ópticos. A fluorita ten un índice de refracción relativamente baixo, é lixeiramente soluble en auga e ten unha escasa capacidade de procesamento e estabilidade química, pero debido ás súas excelentes propiedades acromáticas, convértese nun material óptico precioso.

Hai moi poucas fluoritas puras a granel que se poden usar para materiais ópticos na natureza, xunto co seu alto prezo e dificultade de procesamento, as lentes de fluorita convertéronse en sinónimo de lentes de gama alta. Varios fabricantes de lentes non escatimaron esforzos para atopar substitutos para a fluorita. O vidro de coroa de flúor é un deles, e o vidro AD, o vidro ED e o vidro UD son tales substitutos.

As cámaras oblicuas Rainpoo usan vidro ED de dispersión extremadamente baixa como lente da cámara para que a aberración e a distorsión sexan moi pequenas. Non só reduce a probabilidade de estratificación, senón que tamén se mellorou moito o efecto do modelo 3D, o que mellora significativamente o efecto das esquinas e da fachada do edificio.

2, Distorsión

2.1 Que é a distorsión

A distorsión da lente é en realidade un termo xeral para a distorsión da perspectiva, é dicir, a distorsión causada pola perspectiva. Este tipo de distorsión terá unha moi mala influencia na precisión da fotogrametría. Despois de todo, o propósito da fotogrametría é reproducir, non esaxerar, polo que é necesario que as fotos reflictan a verdadeira información de escala das características do terreo na medida do posible.

Pero debido a que esta é a característica inherente da lente (a lente convexa converxe a luz e a lente cóncava diverxe a luz), a relación expresada no deseño óptico é: a condición de tanxente para eliminar a distorsión e a condición de seno para eliminar o coma do diafragma non se poden satisfacer ao ao mesmo tempo, polo que a distorsión e a aberración cromática óptica Non se pode eliminar completamente, só mellorar.

Na figura anterior, hai unha relación proporcional entre a altura da imaxe e a altura do obxecto, e a relación entre ambas é o aumento.

Nun sistema de imaxe ideal, a distancia entre o plano do obxecto e a lente mantense fixa e a ampliación é un valor determinado, polo que só hai unha relación proporcional entre a imaxe e o obxecto, sen distorsión.

Non obstante, no sistema de imaxe real, dado que a aberración esférica do raio principal varía co aumento do ángulo de campo, o aumento xa non é unha constante no plano da imaxe dun par de obxectos conxugados, é dicir, o aumento no centro da imaxe e a ampliación do bordo son inconsistentes, a imaxe perde a súa semellanza co obxecto. Este defecto que deforma a imaxe chámase distorsión.

2.2 Como afecta a distorsión á precisión

En primeiro lugar, o erro de AT (triangulación aérea) afectará ao erro da nube de puntos densa e, polo tanto, ao erro relativo do modelo 3D. Polo tanto, a raíz cadrada media (RMS of Reprojection Error) é un dos indicadores importantes que reflicten obxectivamente a precisión final do modelado. Ao comprobar o valor RMS , a precisión do modelo 3D pódese simplemente xulgar. Canto menor sexa o valor RMS, maior será a precisión do modelo.

2.3 Cales son os factores que afectan á distorsión da lente

distancia focal
En xeral, canto maior sexa a distancia focal dunha lente de foco fixo, menor será a distorsión; canto menor sexa a distancia focal, maior será a distorsión. Aínda que a distorsión da lente de distancia focal ultra longa (tele lente) xa é moi pequena, de feito, para ter en conta a altura de voo e outros parámetros, a distancia focal da lente da cámara de inspección aérea non se pode tanto tempo.Por exemplo, a seguinte imaxe é unha lente Sony de 400 mm. Podes ver que a distorsión da lente é moi pequena, case controlada dentro do 0,5%. Pero o problema é que se usas esta lente para recoller fotos a unha resolución de 1 cm, e a altitude de voo xa é de 820 m. deixar que o dron voe a esta altitude é completamente irreal.

Procesamento de lentes

O procesamento de lentes é o paso máis complexo e de maior precisión no proceso de produción de lentes, que inclúe polo menos 8 procesos. O pre-proceso inclúe material de nitrato: barril de pregamento, area para colgar e moenda, e o post-proceso leva un revestimento de cores-revestimento-adhesión-tinta. A precisión do procesamento e o ambiente de procesamento determinan directamente a precisión final das lentes ópticas.

A baixa precisión de procesamento ten un efecto fatal na distorsión da imaxe, o que leva directamente a unha distorsión desigual da lente, que non se pode parametrizar nin corrixir, o que afectará seriamente a precisión do modelo 3D.

Instalación de lentes

A figura 1 mostra a inclinación da lente durante o proceso de instalación da lente;

A figura 2 mostra que a lente non é concéntrica durante o proceso de instalación da lente;

A figura 3 mostra a instalación correcta.

Nos tres casos anteriores, os métodos de instalación nos dous primeiros casos son todos montaxes "erróneas", o que destruirá a estrutura corrixida, o que provocará varios problemas como pantalla borrosa, desigual e dispersión. Polo tanto, aínda se require un estrito control de precisión durante o procesamento e a montaxe.

Proceso de montaxe da lente

O proceso de montaxe da lente refírese ao proceso do módulo global da lente e do sensor de imaxe. Os parámetros como a posición do punto principal do elemento de orientación e a distorsión tanxencial nos parámetros de calibración da cámara describen os problemas causados polo erro de montaxe.

En xeral, pódese tolerar un pequeno abano de erros de montaxe (por suposto, canto maior sexa a precisión da montaxe, mellor). Sempre que os parámetros de calibración sexan precisos, a distorsión da imaxe pódese calcular con máis precisión e, a continuación, pódese eliminar a distorsión da imaxe. A vibración tamén pode facer que a lente se mova lixeiramente e que cambien os parámetros de distorsión da lente. É por iso que a cámara tradicional de levantamento aéreo debe ser reparada e recalibrada despois dun período de tempo.

2.3 Lente da cámara oblicua de Rainpoo

Dobre Gauβ estrutura

A fotografía oblicua ten moitos requisitos para que a lente sexa de pequeno tamaño, lixeira, baixa distorsión da imaxe e aberración cromática, alta reprodución de cores e alta resolución. Ao deseñar a estrutura da lente, a lente de Rainpoo usa unha estrutura Gauβ dobre, como se mostra na figura:
A estrutura divídese na parte frontal da lente, o diafragma e a parte traseira da lente. A parte dianteira e traseira poden parecer "simétricas" con respecto ao diafragma. Tal estrutura permite que algunhas das aberracións cromáticas xeradas na parte dianteira e traseira se cancelen entre si, polo que ten grandes vantaxes na calibración e no control do tamaño da lente na fase final.

Espello asférico

Para unha cámara oblicua integrada con cinco lentes, se cada lente duplica o seu peso, a cámara pesará cinco veces; se cada lente duplica a lonxitude, entón a cámara oblicua duplicará polo menos o tamaño. Polo tanto, á hora de deseñar, para obter un alto nivel de calidade de imaxe ao tempo que se garante que a aberración e o volume sexan o menores posibles, débense utilizar lentes asféricas.

As lentes asféricas poden volver enfocar a luz dispersa pola superficie esférica de volta ao foco, non só poden obter unha resolución máis alta, aumentar o grao de reprodución da cor, senón que tamén poden completar a corrección da aberración cun pequeno número de lentes, reducir o número de lentes para facer. a cámara máis lixeira e pequena.

Corrección de distorsión tecnoloxía

O erro no proceso de montaxe fará que aumente a distorsión tanxencial da lente. Reducir este erro de montaxe é o proceso de corrección da distorsión. A seguinte figura mostra o diagrama esquemático da distorsión tanxencial dunha lente. En xeral, o desprazamento da distorsión é simétrico con respecto á esquina inferior esquerda——a esquina superior dereita, o que indica que a lente ten un ángulo de rotación perpendicular á dirección, o cal é causado por erros de montaxe.

Polo tanto, para garantir a alta precisión e calidade da imaxe, Rainpoo realizou unha serie de controles estritos sobre o deseño, procesamento e montaxe:

Na fase inicial do deseño, para garantir a coaxialidade do conxunto de lentes, na medida do posible para garantir que todos os planos de instalación de lentes se procesen cunha suxeición;

②Utilizando ferramentas de torneado de aliaxe importadas en tornos de alta precisión para garantir que a precisión de mecanizado alcance o nivel IT6, especialmente para garantir que a tolerancia de coaxialidade sexa de 0,01 mm;

③Cada lente está equipada cun conxunto de calibres de tapón de aceiro de tungsteno de alta precisión na superficie circular interna (cada tamaño contén polo menos 3 estándares de tolerancia diferentes), cada parte inspeccionase rigorosamente e as tolerancias de posición como o paralelismo e a perpendicularidade son detectadas por un instrumento de medida de tres coordenadas;

④Despois de producirse cada lente, debe ser inspeccionada, incluíndo probas de resolución de proxección e gráficos, e varios indicadores como a resolución e a reprodución da cor da lente.