Исследование искажений снимков, полученных цифровыми камерами Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 528.72

К.Н.ШКАВЕРА, Ю.Н.КОРНИЛОВ, А.С.КИРИЛЛОВА

Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКАЖЕНИЙ СНИМКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ЦИФРОВЫМИ КАМЕРАМИ

Произведен анализ снимков, полученных при фотографировании цифровыми камерами («Olympus», «Sony»), для исправления искажений был использован модуль SCANCORRET цифровой фотограмметрической станции PHOTOMOD.

The analysis of the pictures received at photographing by digital chambers is made («Olympus», «Sony»), for correction of distortions module SCANCORRET digital фотограмметрической stations PHOTOMOD was used.

С развитием вычислительной техники на смену традиционным оптико-механическим средствам измерения фотоснимков пришли цифровые методы обработки фотоизображений. В зависимости от аппаратуры, применяемой при фотографировании, растровые изображения получают либо преобразованием фотоизображений в цифровую форму (в случае фотографирования объекта фотоаппаратом), либо сразу в цифровом виде (использование цифровой камеры). В настоящее время доминирует первый вариант, поскольку пока нет цифровых камер с достаточным размером ПЗС-матриц и с необходимым разрешением. Но очевидно, что за приборами такого типа будущее, поэтому разработка технологии их использования для научных и производственных целей -задача весьма актуальная.

Выполненный анализ рынка цифровых камер показывает, что уже в настоящее время среди них есть такие, которые можно было бы использовать для решения задач прикладной фотограмметрии (или, по крайней мере, выявить круг задач, где они могли бы быть полезны). Особый интерес представляют камеры 5-мегапиксельные и более, например «Olympus E-20», «Sony DSC-F707», «Minolta Dimage». Однако для успешного их использования нужно знать

искажения, с которыми камеры строят изображения, и разработать методы их исключения. Существуют традиционные способы калибровки*.

С нашей точки зрения задача разрешима с помощью модуля SCANCORRET цифровой фотограмметрической станции PHOTOMOD, хотя его прямое назначение -исправление погрешности оцифровки фотоснимков на полиграфических сканерах. Для этого нужно создать тест-объект (например, в виде сетки крестов или квадратов). Если такую сетку сфотографировать, то по полученному изображению можно, используя вышеупомянутый модуль, построить поле искажений камеры, и исправлять изображения тех объектов, для которых решается та или иная техническая задача. Для исключения смещений за наклон важно, чтобы при фотографировании тест-объекта главный луч проходил через центральную точку объекта перпендикулярно его плоскости.

Предлагаемая методика была опробована. Тест-объект представлял собой сетку квадратов 5 х 5 мм (сетка Готье) и сетку крестов, расположенных в вершинах квадратов со сторонами 65,85 мм, нанесенную на матовое плоскопараллельное стекло (от

* Дубиновский В.Б. Калибровка снимков. М.: Недра, 1982. 224 с.

Снимок 362

стола координатографа) толщиной около 10 мм и размером 1130 х 930 мм. Тест был многократно сфотографирован при указанных выше условиях цифровыми камерами «Olympus E-20» и «Sony DSC-F70», с отстояний примерно 1,4 и 5 м при фокусных расстояниях 9; 18 и 36 мм для первой из названых камер и 9,7, 29 и 48,5 - для второй. Затем для каждого из указанных снимков построены поля искажений с гистограммами распределения величин искажений.

На рисунке приведены примеры такого поля и гистограммы, построенные для цифрового снимка (камера «Olympus»). Снимок

был получен с отстояния около 1,4 м при фокусном расстоянии объектива 9 мм.

Поле искажений (рисунок, а) - это разделенная пополам картинка, на которой слева отображены искажения точек цифрового снимка по оси X, справа - по оси Y. По картинам искажений на экране монитора можно перемещать курсор, при этом в нижней части поля будут высвечиваться координаты крестов и соответствующие им искажения по осям координат.

Под гистограммой (рисунок, б) даны статистические характеристики искажений: их максимальные (положительные и отрицательные), средние по модулю и средне-квадратические значения.

Для всех остальных снимков камеры «Olympus» приведены только статистические характеристики построенных по ним гистограмм (см. таблицу). Для снимков, полученных камерой «Sony», результаты аналогичные. Кроме того, в таблице приведена статистика для центральной части снимка 371, полученная по изображению сетки Готье, и для исправленного с помощью программы SCANCORRET изображения снимка 381.

Анализ приведенных в таблице результатов позволяет сделать следующие выводы:

1. Модуль SCANCORRECT действительно может быть использован как для построения полей искажения, так и для исправления изображений на снимках, полученных цифровыми камерами.

Определение ошибок в пикселах

Номер снимка f мм Отстояние, м Число точек Ось X Ось Y

|max| min |max| min

362 9 1,4 315 27,7 4,5 21,3 5,3

363 18 1,4 99 4,0 1,3 2,3 0,7

371 36 1,4 25 3,7 1,2 1,8 0,8

381 36 5,0 285 4,3 0,6 3,6 0,8

Центральная часть поля изображения, построенная по сетке Готье 371 | 36 | 1,4 | 1482 | 1,0 | 0,2 | 1,5

После исправления изображения 381 | 36 | 5,0 | 99 | 1,0 | 0,2 | 2,3

0,2

0,2

а

б

236 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.156

2. Характер искажений зависит от фокусного расстояния, установленного на камере перед фотографированием, причем они тем больше, чем меньше фокусное расстояние. Это можно объяснить тем, что при использовании большого фокуса изображение

строит центральная часть объектива. Это вывод подтверждает и поле искажений, которое построено по сетке Готье.

3. Исправление искажений снимка 381 дало хорошие результаты, смещения точек практически не превосходят пиксела.