Kako kromatska aberacija in popačenje vplivata na sliko

1.kromatska aberacija

1.1 Kaj je kromatska aberacija

Kromatska aberacija je posledica razlike v transmisivnosti materiala. Naravna svetloba je sestavljena iz področja vidne svetlobe z valovno dolžino od 390 do 770 nm, ostalo pa je spekter, ki ga človeško oko ne vidi. Ker imajo materiali različne lomne indekse za različne valovne dolžine barvne svetlobe, ima vsaka barvna svetloba drugačno slikovno pozicijo in povečavo, kar ima za posledico kromatizem položaja.

1.2 Kako kromatska aberacija vpliva na kakovost slike

(1) Zaradi različnih valovnih dolžin in lomnega količnika različnih barv svetlobe predmetne točke ni mogoče dobro izostriti v ENO popolno točko slike, zato bo fotografija zamegljena.

(2) Tudi zaradi različne povečave različnih barv bodo na robu slikovnih točk "mavrične črte".

1.3 Kako kromatska aberacija vpliva na 3D model

Ko imajo slikovne točke "mavrične črte", bo to vplivalo na to, da se programska oprema za 3D modeliranje ujema z isto točko. Pri istem predmetu lahko ujemanje treh barv povzroči napako zaradi »mavričnih črt«. Ko se ta napaka nabere dovolj velika, bo povzročila "stratifikacijo".

1.4 Kako odpraviti kromatsko aberacijo

Uporaba različnega lomnega količnika in različne disperzije kombinacije stekla lahko odpravi kromatsko aberacijo. Kot konveksne leče uporabite na primer steklo z nizkim lomnim količnikom in nizko disperzijo, kot konkavne leče pa steklo z visokim lomnim količnikom in visoko disperzijo.

Takšna kombinirana leča ima krajšo goriščno razdaljo pri srednji valovni dolžini in daljšo goriščno razdaljo pri dolgih in kratkih valovnih žarkih. S prilagajanjem sferične ukrivljenosti leče sta lahko goriščni razdalji modre in rdeče svetlobe popolnoma enaki, kar v bistvu odpravi kromatsko aberacijo.

Sekundarni spekter

Toda kromatske aberacije ni mogoče popolnoma odpraviti. Po uporabi kombinirane leče se preostala kromatska aberacija imenuje "sekundarni spekter". Večja kot je goriščna razdalja leče, več je preostalih kromatskih aberacij. Zato pri zračnih posnetkih, ki zahtevajo zelo natančne meritve, sekundarnega spektra ni mogoče prezreti.

V teoriji, če lahko svetlobni pas razdelimo na modro-zelene in zeleno-rdeče intervale in se za ta dva intervala uporabijo akromatske tehnike, se lahko sekundarni spekter v osnovi izloči. Vendar je bilo z izračunom dokazano, da če je akromatična za zeleno in rdečo svetlobo, postane kromatska aberacija modre svetlobe velika; če je akromatična za modro svetlobo in zeleno svetlobo, postane kromatska aberacija rdeče svetlobe velika. Zdi se, da je to težak problem in nimamo odgovora, trdovratnega sekundarnega spektra ni mogoče popolnoma odpraviti.

Apokromatsko（APO）tech

Na srečo so teoretični izračuni našli način za APO, to je iskanje posebnega materiala optičnih leč, katerega relativna disperzija modre svetlobe proti rdeči svetlobi je zelo nizka in modre svetlobe do zelene svetlobe zelo visoka.

Fluorit je tako poseben material, njegova disperzija je zelo nizka, del relativne disperzije pa je blizu številnih optičnih stekel. Fluorit ima sorazmerno nizek lomni količnik, je rahlo topen v vodi in ima slabo procesno sposobnost in kemijsko stabilnost, vendar zaradi svojih odličnih akromatskih lastnosti postane dragocen optični material.

V naravi je zelo malo čistega fluorita v razsutem stanju, ki se lahko uporablja za optične materiale, skupaj z njihovo visoko ceno in težavo pri obdelavi so fluoritne leče postale sinonim za vrhunske leče. Različni proizvajalci leč si niso prizanesli truda, da bi našli nadomestke za fluorit. Eno izmed njih je steklo s fluorovo krono in takšni nadomestki so AD steklo, ED steklo in UD steklo.

Poševne kamere Rainpoo uporabljajo ED steklo z izjemno nizko disperzijo kot lečo kamere, da naredijo aberacije in popačenja zelo majhne. Ne samo, da se zmanjša verjetnost razslojevanja, ampak je tudi močno izboljšan učinek 3D modela, kar bistveno izboljša učinek vogalov stavbe in fasade.

2、Izkrivljanje

2.1 Kaj je popačenje

Popačenje leče je pravzaprav splošen izraz za popačenje perspektive, torej popačenje, ki ga povzroča perspektiva. Tovrstno popačenje bo zelo slabo vplivalo na natančnost fotogrametrije. Navsezadnje je namen fotogrametrije reprodukcija, ne pretiravanje, zato je potrebno, da fotografije čim bolj odražajo resnične informacije o merilu talnih značilnosti.

Ker pa je to inherentna značilnost leče (konveksna leča konvergira svetlobo in konkavna leča razprši svetlobo), je razmerje, izraženo v optičnem dizajnu, naslednje: tangentni pogoj za odpravo popačenja in sinusni pogoj za odpravo kome diafragme nista izpolnjena pri ob istem času, torej popačenje in optična kromatska aberacija. Tega ni mogoče popolnoma odpraviti, le izboljšati.

Na zgornji sliki je sorazmerno razmerje med višino slike in višino predmeta, razmerje med obema pa je povečava.

V idealnem slikovnem sistemu je razdalja med ravnino predmeta in lečo fiksna, povečava pa je določena vrednost, tako da obstaja le sorazmerno razmerje med sliko in predmetom, brez popačenja.

Ker pa se v dejanskem slikovnem sistemu sferična aberacija glavnega žarka spreminja s povečanjem kota polja, povečava ni več konstanta na slikovni ravnini para konjugiranih predmetov, to je povečava v središče slike in povečava roba sta neskladna, slika izgubi podobnost s predmetom. Ta napaka, ki deformira sliko, se imenuje popačenje.

2.2 Kako popačenje vpliva na natančnost

Prvič, napaka AT (zračna triangulacija) bo vplivala na napako gostega oblaka točk in s tem na relativno napako 3D modela. Zato je srednji kvadrat (RMS of Reprojection Error) eden od pomembnih kazalnikov, ki objektivno odražajo končno natančnost modeliranja. S preverjanjem vrednosti RMS je mogoče preprosto oceniti natančnost 3D modela. Manjša kot je RMS vrednost, večja je natančnost modela.

2.3 Kateri so dejavniki, ki vplivajo na popačenje leče

Goriščna razdalja
Na splošno velja, da daljša kot je goriščna razdalja objektiva s fiksnim ostrenjem, manjše je popačenje; krajša kot je goriščna razdalja, večje je popačenje. Čeprav je popačenje objektiva ultra dolge goriščne razdalje (teleobjektiv) že zelo majhno, v resnici, da bi upoštevali višino leta in druge parametre, goriščne razdalje leče zračne kamere ni mogoče tako dolgo.Na primer, naslednja slika je Sony 400 mm tele objektiv. Vidite lahko, da je popačenje leče zelo majhno, skoraj nadzorovano znotraj 0,5%. Ampak problem je v tem, da če s tem objektivom zbiraš fotografije pri ločljivosti 1cm, višina letenja pa je že 820m. Pustiti dron leteti na tej višini je popolnoma nerealno.

Obdelava leč

Obdelava leč je najkompleksnejši in najbolj natančen korak v procesu izdelave leč, ki vključuje vsaj 8 postopkov. Predproces vključuje nitratni material-sodček zgib-pesek viseče-mletje, post-proces pa zajema jedro-prevleko-adhezijo-prevleko s črnilom. Natančnost obdelave in procesno okolje neposredno določata končno natančnost optičnih leč.

Nizka natančnost obdelave ima usoden učinek na popačenje slike, kar neposredno vodi v neenakomerno popačenje leče, ki ga ni mogoče parametrirati ali popraviti, kar bo resno vplivalo na natančnost 3D modela.

Namestitev leč

Slika 1 prikazuje nagib leče med postopkom namestitve leče;

Slika 2 prikazuje, da leča med postopkom namestitve leče ni koncentrična;

Slika 3 prikazuje pravilno namestitev.

V zgornjih treh primerih so metode namestitve v prvih dveh primerih vse "napačno" sestavljanje, kar bo uničilo popravljeno strukturo, kar bo povzročilo različne težave, kot so zamegljenost, neenakomeren zaslon in razpršenost. Zato je med obdelavo in montažo še vedno potreben strog natančen nadzor.

Postopek sestavljanja leč

Postopek sestavljanja leč se nanaša na postopek celotnega modula leče in slikovnega senzorja. Parametri, kot sta položaj glavne točke orientacijskega elementa in tangencialno popačenje v parametrih kalibracije kamere, opisujejo težave, ki jih povzroča napaka pri sestavljanju.

Na splošno je mogoče dopustiti majhen obseg napak pri montaži (seveda, višja kot je natančnost montaže, tem bolje). Dokler so parametri kalibracije točni, je mogoče popačenje slike natančneje izračunati in nato odstraniti popačenje slike. Vibracije lahko povzročijo tudi, da se leča rahlo premakne in povzroči spremembo parametrov popačenja leče. Zato je treba tradicionalno kamero za merjenje iz zraka po določenem času popraviti in ponovno kalibrirati.

2.3 Rainpoojev poševni objektiv kamere

Dvojni Gauβ strukturo

Poševna fotografija ima veliko zahtev za objektiv, da je majhen, lahek, ima malo popačenja slike in kromatske aberacije, visoko barvno reprodukcijo in visoko ločljivost. Pri oblikovanju strukture leče Rainpoojeva leča uporablja dvojno strukturo Gauβ, kot je prikazano na sliki:
Struktura je razdeljena na sprednji del leče, diafragmo in zadnji del leče. Sprednji in zadnji del se lahko zdita "simetrični" glede na diafragmo. Takšna struktura omogoča, da se nekatere kromatske aberacije, ki nastanejo na sprednji in zadnji strani, medsebojno izničijo, zato ima velike prednosti pri kalibraciji in nadzoru velikosti leč v pozni fazi.

Asferično ogledalo

Za poševno kamero, integrirano s petimi lečami, bo vsaka leča tehtala petkrat, če se vsaka leča podvoji; če se vsaka leča podvoji v dolžino, se bo poševna kamera vsaj podvojila. Zato je treba pri načrtovanju uporabiti asferične leče, da bi dosegli visoko raven kakovosti slike in hkrati zagotovili, da sta aberacija in glasnost čim manjša.

Asferične leče lahko svetlobo, razpršeno skozi sferično površino, ponovno usmerijo nazaj v fokus, ne samo, da lahko dosežejo višjo ločljivost, povečajo stopnjo barvne reprodukcije, ampak lahko tudi dokončajo popravek aberacije z majhnim številom leč, zmanjšajo število leč, ki jih je treba izdelati. kamera lažja in manjša.

Popravek popačenja tech

Napaka v postopku sestavljanja bo povzročila povečano tangencialno popačenje leče. Zmanjšanje te napake pri montaži je postopek popravljanja popačenja. Naslednja slika prikazuje shematski diagram tangencialnega popačenja leče. Na splošno je premik popačenja simetričen glede na spodnji levi - zgornji desni kot, kar kaže, da ima leča pravokoten kot zasuka na smer, kar je posledica napak pri sestavljanju.

Da bi zagotovili visoko natančnost in kakovost slikanja, je Rainpoo opravil vrsto strogih pregledov pri načrtovanju, obdelavi in montaži:

V zgodnji fazi načrtovanja, da se zagotovi koaksialnost sklopa leč, kolikor je mogoče zagotoviti, da so vse ravnine namestitve leč obdelane z enim vpetjem;

②Uporaba uvoženih orodij za struženje zlitine na visoko preciznih stružnicah za zagotovitev, da natančnost obdelave doseže raven IT6, zlasti za zagotovitev, da je toleranca koaksialnosti 0,01 mm;

③Vsaka leča je opremljena z naborom visoko natančnih merilnikov iz volframovega jekla na notranji krožni površini (vsaka velikost vsebuje vsaj 3 različne tolerančne standarde), vsak del je strogo pregledan, tolerance položaja, kot sta vzporednost in pravokotnost, pa zazna trikoordinatni merilni instrument;

④Ko je vsaka leča izdelana, jo je treba pregledati, vključno s testi ločljivosti projekcije in grafikonov ter različnimi kazalniki, kot sta ločljivost in barvna reprodukcija leče.