Bagaimana chromatic aberration dan distorsi mempengaruhi ima

1. aberasi kromatik

1.1 Apa itu chromatic aberration

Penyimpangan kromatik disebabkan oleh perbedaan transmisivitas material. Cahaya alami terdiri dari wilayah cahaya tampak dengan rentang panjang gelombang 390 hingga 770 nm, dan sisanya merupakan spektrum yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Karena bahan memiliki indeks bias yang berbeda untuk panjang gelombang cahaya berwarna yang berbeda, setiap cahaya warna memiliki posisi pencitraan dan perbesaran yang berbeda, yang menghasilkan kromatisme posisi.

1.2 Bagaimana chromatic aberration mempengaruhi kualitas gambar

(1) Karena panjang gelombang yang berbeda dan indeks bias warna cahaya yang berbeda, titik objek tidak dapat difokuskan dengan baik menjadi SATU titik gambar yang sempurna, sehingga foto akan kabur.

(2) Juga, karena perbesaran yang berbeda dari warna yang berbeda, akan ada "garis pelangi" di tepi titik-gambar.

1.3 Bagaimana chromatic aberration mempengaruhi model 3D

Ketika titik gambar memiliki "garis pelangi", itu akan mempengaruhi perangkat lunak pemodelan 3D untuk mencocokkan titik yang sama. Untuk objek yang sama, pencocokan tiga warna dapat menyebabkan kesalahan karena "garis pelangi". Ketika kesalahan ini terakumulasi cukup besar, itu akan menyebabkan "stratifikasi".

1.4 Cara menghilangkan chromatic aberration

Penggunaan indeks bias yang berbeda dan dispersi yang berbeda dari kombinasi kaca dapat menghilangkan chromatic aberration. Misalnya, gunakan indeks bias rendah dan kaca dispersi rendah sebagai lensa cembung, dan indeks bias tinggi dan kaca dispersi tinggi sebagai lensa cekung.

Lensa gabungan tersebut memiliki panjang fokus yang lebih pendek pada panjang gelombang tengah dan panjang fokus yang lebih panjang pada sinar gelombang panjang dan pendek. Dengan menyesuaikan kelengkungan bola lensa, panjang fokus cahaya biru dan merah bisa sama persis, yang pada dasarnya menghilangkan chromatic aberration.

Spektrum sekunder

Tapi chromatic aberration tidak bisa sepenuhnya dihilangkan. Setelah menggunakan lensa gabungan, aberasi kromatik yang tersisa disebut "spektrum sekunder". Semakin panjang panjang fokus lensa, semakin banyak aberasi kromatik yang tersisa. Oleh karena itu, untuk survei udara yang memerlukan pengukuran presisi tinggi, spektrum sekunder tidak dapat diabaikan.

Secara teori, jika pita cahaya dapat dibagi menjadi interval biru-hijau dan hijau-merah, dan teknik akromatik diterapkan pada dua interval ini, spektrum sekunder pada dasarnya dapat dihilangkan. Namun, telah dibuktikan dengan perhitungan bahwa jika achromatic untuk lampu hijau dan merah, aberasi kromatik cahaya biru menjadi besar; jika akromatik untuk cahaya biru dan hijau, penyimpangan kromatik cahaya merah menjadi besar. Tampaknya ini adalah masalah yang sulit dan tidak memiliki jawaban, spektrum sekunder yang membandel tidak dapat sepenuhnya dihilangkan.

apokromatik（APO）teknologi

Untungnya, perhitungan teoretis telah menemukan cara untuk APO, yaitu menemukan bahan lensa optik khusus yang dispersi relatif cahaya biru ke cahaya merah sangat rendah dan cahaya biru ke cahaya hijau sangat tinggi.

Fluorit adalah bahan khusus, dispersinya sangat rendah, dan bagian dari dispersi relatif dekat dengan banyak kacamata optik. Fluorit memiliki indeks bias yang relatif rendah, sedikit larut dalam air, dan memiliki kemampuan proses dan stabilitas kimia yang buruk, tetapi karena sifat akromatiknya yang sangat baik, ia menjadi bahan optik yang berharga.

Ada sangat sedikit fluorit curah murni yang dapat digunakan untuk bahan optik di alam, ditambah dengan harganya yang mahal dan kesulitan dalam pemrosesan, lensa fluorit telah menjadi identik dengan lensa kelas atas. Berbagai Produsen lensa berusaha keras untuk menemukan pengganti fluorit. Kaca mahkota fluor adalah salah satunya, dan kaca AD, kaca ED, dan kaca UD adalah penggantinya.

Kamera miring Rainpoo menggunakan kaca ED dispersi sangat rendah sebagai lensa kamera untuk membuat aberasi dan distorsi menjadi sangat kecil. Tidak hanya mengurangi kemungkinan stratifikasi, tetapi juga efek model 3D telah sangat ditingkatkan, yang secara signifikan meningkatkan efek sudut bangunan dan fasad.

2. Distorsi

2.1 Apa itu distorsi?

Distorsi lensa sebenarnya merupakan istilah umum untuk distorsi perspektif, yaitu distorsi yang disebabkan oleh perspektif. Distorsi semacam ini akan berdampak sangat buruk pada akurasi fotogrametri. Lagi pula, tujuan fotogrametri adalah untuk mereproduksi, tidak melebih-lebihkan, sehingga foto harus mencerminkan informasi skala sebenarnya dari fitur tanah sebanyak mungkin.

Tetapi karena ini adalah karakteristik yang melekat pada lensa (lensa cembung mengumpulkan cahaya dan lensa cekung menyebarkan cahaya), hubungan yang dinyatakan dalam desain optik adalah: kondisi tangen untuk menghilangkan distorsi dan kondisi sinus untuk menghilangkan koma diafragma tidak dapat dipenuhi pada saat yang sama, sehingga distorsi dan aberasi kromatik optik Hal yang sama tidak dapat dihilangkan sepenuhnya, hanya ditingkatkan.

Pada gambar di atas, terdapat hubungan proporsional antara tinggi bayangan dan tinggi benda, dan perbandingan antara keduanya adalah perbesaran.

Dalam sistem pencitraan yang ideal, jarak antara bidang objek dan lensa dijaga tetap, dan perbesaran adalah nilai tertentu, sehingga hanya ada hubungan proporsional antara gambar dan objek, tidak ada distorsi sama sekali.

Namun, dalam sistem pencitraan yang sebenarnya, karena penyimpangan bola dari sinar kepala bervariasi dengan peningkatan sudut medan, perbesaran tidak lagi konstan pada bidang gambar dari sepasang benda konjugasi, yaitu perbesaran di pusat gambar dan perbesaran tepi tidak konsisten, gambar kehilangan kesamaannya dengan objek. Cacat yang merusak gambar ini disebut distorsi.

2.2 Bagaimana distorsi memengaruhi akurasi

Pertama, kesalahan AT (Triangulasi Udara) akan mempengaruhi kesalahan awan titik padat, dan dengan demikian kesalahan relatif model 3D. Oleh karena itu, akar rata-rata kuadrat (RMS of Reprojection Error) adalah salah satu indikator penting yang secara objektif mencerminkan akurasi pemodelan akhir. Dengan memeriksa nilai RMS , keakuratan model 3D dapat dinilai dengan mudah. Semakin kecil nilai RMS maka semakin tinggi akurasi model tersebut.

2.3 Apa saja faktor yang mempengaruhi distorsi lensa?

Focal length
Secara umum, semakin panjang panjang fokus lensa fokus tetap, semakin kecil distorsinya; semakin pendek panjang fokus, semakin besar distorsi. Meskipun distorsi lensa panjang fokus ultra-panjang (lensa tele) sudah sangat kecil, pada kenyataannya, untuk memperhitungkan ketinggian terbang dan parameter lainnya, panjang fokus lensa kamera survei udara tidak dapat segitu panjangnya.Sebagai contoh, gambar berikut adalah lensa tele Sony 400mm. Anda dapat melihat bahwa distorsi lensa sangat kecil, hampir terkontrol dalam 0,5%. Tapi masalahnya adalah jika Anda menggunakan lensa ini untuk mengumpulkan foto pada resolusi 1cm, dan ketinggian terbangnya sudah 820m. Membiarkan drone terbang di ketinggian ini sama sekali tidak realistis.

Pemrosesan lensa

Pemrosesan lensa adalah langkah paling kompleks dan presisi tertinggi dalam proses produksi lensa, yang melibatkan setidaknya 8 proses. Pra-proses termasuk bahan nitrat-barrel lipat-pasir gantung-grinding, dan pasca-proses mengambil lapisan inti-pelapisan-perekat-tinta. Akurasi pemrosesan dan lingkungan pemrosesan secara langsung menentukan akurasi akhir lensa optik.

Akurasi pemrosesan yang rendah memiliki efek fatal pada distorsi pencitraan, yang secara langsung mengarah pada distorsi lensa yang tidak merata, yang tidak dapat diparameterisasi atau dikoreksi, yang akan sangat mempengaruhi keakuratan model 3D.

Pemasangan lensa

Gambar 1 menunjukkan kemiringan lensa selama proses pemasangan lensa;

Gambar 2 menunjukkan bahwa lensa tidak konsentris selama proses pemasangan lensa;

Gambar 3 menunjukkan instalasi yang benar.

Dalam tiga kasus di atas, metode pemasangan dalam dua kasus pertama semuanya "salah" perakitan, yang akan menghancurkan struktur yang dikoreksi, mengakibatkan berbagai masalah seperti buram, layar tidak rata dan dispersi. Oleh karena itu, kontrol presisi yang ketat masih diperlukan selama pemrosesan dan perakitan.

Proses perakitan lensa

Proses perakitan lensa mengacu pada proses keseluruhan modul lensa dan sensor pencitraan. Parameter seperti posisi titik utama elemen orientasi dan distorsi tangensial dalam parameter kalibrasi kamera menjelaskan masalah yang disebabkan oleh kesalahan perakitan.

Secara umum, sejumlah kecil kesalahan perakitan dapat ditoleransi (tentu saja, semakin tinggi akurasi perakitan, semakin baik). Selama parameter kalibrasi akurat, distorsi gambar dapat dihitung lebih akurat, dan kemudian distorsi gambar dapat dihilangkan. Getaran juga dapat menyebabkan lensa bergerak sedikit dan menyebabkan parameter distorsi lensa berubah. Inilah sebabnya mengapa kamera survei udara tradisional perlu diperbaiki dan dikalibrasi ulang setelah jangka waktu tertentu.

2.3 Lensa kamera miring Rainpoo

Dobel Gauβ struktur

Fotografi oblique memiliki banyak persyaratan untuk lensa, harus berukuran kecil, ringan, distorsi gambar dan aberasi kromatik rendah, reproduksi warna tinggi, dan resolusi tinggi. Saat mendesain struktur lensa, lensa Rainpoo menggunakan struktur Gauβ ganda, seperti yang ditunjukkan pada gambar:
Strukturnya dibagi menjadi bagian depan lensa, diafragma, dan bagian belakang lensa. Bagian depan dan belakang dapat tampak "simetris" sehubungan dengan diafragma. Struktur seperti itu memungkinkan beberapa chromatic aberration yang dihasilkan di depan dan belakang untuk saling meniadakan, sehingga memiliki keuntungan besar dalam kalibrasi dan kontrol ukuran lensa pada tahap akhir.

Cermin asferis

Untuk kamera miring yang terintegrasi dengan lima lensa, jika setiap lensa berbobot dua kali lipat, kamera akan berbobot lima kali lipat; jika masing-masing lensa panjangnya dua kali lipat, maka kamera miring setidaknya akan berukuran dua kali lipat. Oleh karena itu, saat mendesain, untuk mendapatkan kualitas gambar tingkat tinggi sambil memastikan bahwa aberasi dan volumenya sekecil mungkin, lensa asferis harus digunakan.

Lensa asferis dapat memfokuskan kembali cahaya yang tersebar melalui permukaan bola kembali ke fokus, tidak hanya dapat memperoleh resolusi yang lebih tinggi, membuat tingkat reproduksi warna tinggi, tetapi juga dapat menyelesaikan koreksi aberasi dengan sejumlah kecil lensa, mengurangi jumlah lensa yang harus dibuat kamera lebih ringan dan lebih kecil.

Koreksi distorsi teknologi

Kesalahan dalam proses perakitan akan menyebabkan distorsi tangensial lensa meningkat. Mengurangi kesalahan perakitan ini adalah proses koreksi distorsi. Gambar berikut menunjukkan diagram skema dari distorsi tangensial lensa. Secara umum, perpindahan distorsi adalah simetris terhadap sudut kiri bawah——sudut kanan atas, yang menunjukkan bahwa lensa memiliki sudut rotasi yang tegak lurus terhadap arah, yang disebabkan oleh kesalahan perakitan.

Oleh karena itu, untuk memastikan akurasi dan kualitas pencitraan yang tinggi, Rainpoo telah melakukan serangkaian pemeriksaan ketat pada desain, pemrosesan, dan perakitan:

Pada tahap awal desain, untuk memastikan koaksialitas perakitan lensa, sejauh mungkin memastikan bahwa semua bidang pemasangan lensa diproses dengan satu penjepitan;

Menggunakan alat pembubutan paduan impor pada mesin bubut presisi tinggi untuk memastikan bahwa akurasi pemesinan mencapai tingkat IT6, terutama untuk memastikan bahwa toleransi koaksialitas adalah 0,01mm;

Setiap lensa dilengkapi dengan satu set pengukur steker baja tungsten presisi tinggi pada permukaan lingkaran bagian dalam (setiap ukuran mengandung setidaknya 3 standar toleransi yang berbeda), setiap bagian diperiksa secara ketat, dan toleransi posisi seperti paralelisme dan tegak lurus dideteksi oleh alat ukur tiga koordinat;

Setelah setiap lensa diproduksi, itu harus diperiksa, termasuk resolusi proyeksi dan tes grafik, dan berbagai indikator seperti resolusi dan reproduksi warna lensa.