Chengdu Rainpoo Technology Co., Ltd.

Chengdu Rainpoo Technology Co., Ltd.

Chengdu Rainpoo Technology Co., Ltd.

WHY RAINPOO

Hoe chromatische aberratie en vervorming invloed hebben op ima.bestanden

1. chromatische aberratie

1.1 Wat is chromatische aberratie

De chromatische aberratie wordt veroorzaakt door het verschil in doorlaatbaarheid van het materiaal. Natuurlijk licht bestaat uit het zichtbare lichtgebied met een golflengtebereik van 390 tot 770 nm, en de rest is het spectrum dat het menselijk oog niet kan zien. Omdat de materialen verschillende brekingsindices hebben voor verschillende golflengten van gekleurd licht, heeft elk kleurlicht een andere beeldpositie en vergroting, wat resulteert in chromatiek van positie.

1.2 Hoe beïnvloedt chromatische aberratie de beeldkwaliteit

(1) Vanwege verschillende golflengten en brekingsindex van verschillende kleuren licht, kan het objectpunt niet goed worden scherpgesteld tot EEN perfect beeldpunt, dus de foto zal wazig zijn.

(2) Door de verschillende vergroting van verschillende kleuren zullen er ook "regenbooglijnen" zijn aan de rand van de beeldpunten.

1.3 Hoe beïnvloedt chromatische aberratie het 3D-model

Als de beeldpunten "regenbooglijnen" hebben, zal het de 3D-modelleringssoftware beïnvloeden om hetzelfde punt te matchen. Voor hetzelfde object kan het matchen van drie kleuren een fout veroorzaken vanwege de "regenbooglijnen". Wanneer deze fout zich groot genoeg opstapelt, zal dit "stratificatie" veroorzaken.

1.4 Hoe chromatische aberratie te elimineren

Het gebruik van verschillende brekingsindex en verschillende dispersie van glascombinaties kan chromatische aberratie elimineren. Gebruik bijvoorbeeld glas met een lage brekingsindex en glas met een lage dispersie als convexe lenzen, en glas met een hoge brekingsindex en een hoge dispersie als concave lenzen.

Zo'n gecombineerde lens heeft een kortere brandpuntsafstand bij de middelste golflengte en een langere brandpuntsafstand bij de lange en korte golfstralen. Door de sferische kromming van de lens aan te passen, kunnen de brandpuntsafstanden van het blauwe en rode licht exact gelijk zijn, wat in feite de chromatische aberratie elimineert.

Secundair spectrum

Maar chromatische aberratie kan niet volledig worden geëlimineerd. Na gebruik van de gecombineerde lens wordt de resterende chromatische aberratie "secundair spectrum" genoemd. Hoe langer de brandpuntsafstand van de lens, hoe meer chromatische aberratie er overblijft. Daarom kan voor luchtonderzoek waarvoor zeer nauwkeurige metingen nodig zijn, het secundaire spectrum niet worden genegeerd.

In theorie, als de lichtband kan worden verdeeld in blauwgroene en groen-rode intervallen, en achromatische technieken worden toegepast op deze twee intervallen, kan het secundaire spectrum in principe worden geëlimineerd. Het is echter door berekening bewezen dat indien achromatisch voor groen licht en rood licht, de chromatische aberratie van blauw licht groot wordt; indien achromatisch voor blauw licht en groen licht, wordt de chromatische aberratie van rood licht groot. Het lijkt erop dat dit een moeilijk probleem is en ik heb geen antwoord, het hardnekkige secundaire spectrum kan niet volledig worden geëlimineerd.

ApochromatischAPOtech

Gelukkig hebben theoretische berekeningen een manier gevonden voor APO, namelijk het vinden van een speciaal optisch lensmateriaal waarvan de relatieve dispersie van blauw licht naar rood licht erg laag is en die van blauw licht naar groen licht erg hoog.

Fluoriet is zo'n speciaal materiaal, de dispersie is erg laag en een deel van de relatieve dispersie ligt dicht bij veel optische glazen. Fluoriet heeft een relatief lage brekingsindex, is enigszins oplosbaar in water en heeft een slechte verwerkbaarheid en chemische stabiliteit, maar door zijn uitstekende achromatische eigenschappen wordt het een kostbaar optisch materiaal.

Er zijn maar heel weinig pure bulkfluoriet die kan worden gebruikt voor optische materialen in de natuur, in combinatie met hun hoge prijs en moeilijkheidsgraad bij het verwerken, zijn fluorietlenzen synoniem geworden voor hoogwaardige lenzen. Verschillende lensfabrikanten hebben alles uit de kast gehaald om vervangers voor fluoriet te vinden. Fluor-kroonglas is er een van, en AD-glas, ED-glas en UD-glas zijn dergelijke vervangers.

Rainpoo schuine camera's gebruiken ED-glas met een extreem lage dispersie als cameralens om aberratie en vervorming heel klein te maken. Niet alleen vermindert de kans op stratificatie, maar ook het 3D-modeleffect is sterk verbeterd, wat het effect van de hoeken en gevel van het gebouw aanzienlijk verbetert.

2 、 vervorming

2.1 Wat is vervorming

Lensvervorming is eigenlijk een algemene term voor perspectiefvervorming, dat wil zeggen vervorming veroorzaakt door perspectief. Dit soort vervorming heeft een zeer slechte invloed op de nauwkeurigheid van fotogrammetrie. Het doel van fotogrammetrie is immers om te reproduceren, niet om te overdrijven, dus het is vereist dat foto's zo veel mogelijk de ware schaalinformatie van de grondkenmerken weergeven.

Maar omdat dit het inherente kenmerk is van de lens (convexe lens convergeert licht en concave lens divergeert licht), is de relatie uitgedrukt in optisch ontwerp: de tangensconditie voor het elimineren van vervorming en de sinusconditie voor het elimineren van coma van het diafragma kan niet worden voldaan bij tegelijkertijd, dus vervorming en optische chromatische aberratie Hetzelfde kan niet volledig worden geëlimineerd, alleen verbeterd.

In de bovenstaande afbeelding is er een evenredige relatie tussen de beeldhoogte en de hoogte van het object, en de verhouding tussen beide is de vergroting.

In een ideaal afbeeldingssysteem wordt de afstand tussen het objectvlak en de lens vast gehouden en is de vergroting een bepaalde waarde, dus er is alleen een evenredige relatie tussen het beeld en het object, helemaal geen vervorming.

Echter, in het eigenlijke beeldvormingssysteem, aangezien de sferische aberratie van de hoofdstraal varieert met de toename van de veldhoek, is de vergroting niet langer een constante op het beeldvlak van een paar geconjugeerde objecten, dat wil zeggen, de vergroting in de midden van het beeld en de vergroting van de rand zijn inconsistent, het beeld verliest zijn gelijkenis met het object. Dit defect dat het beeld vervormt, wordt vervorming genoemd.

2.2 Hoe beïnvloedt vervorming de nauwkeurigheid?

Ten eerste zal de fout van AT (Aerial Triangulation) de fout van de dichte puntenwolk beïnvloeden, en dus de relatieve fout van het 3D-model. Daarom is het gemiddelde kwadraat van de wortel (RMS of Reprojection Error) een van de belangrijke indicatoren die objectief de uiteindelijke modelleernauwkeurigheid weerspiegelen. Door de RMS-waarde te controleren, kan de nauwkeurigheid van het 3D-model eenvoudig worden beoordeeld. Hoe kleiner de RMS-waarde, hoe hoger de nauwkeurigheid van het model.

2.3 Welke factoren zijn van invloed op lensvervorming?

brandpuntsafstand
In het algemeen geldt: hoe langer de brandpuntsafstand van een lens met een vast brandpunt, hoe kleiner de vervorming; hoe korter de brandpuntsafstand, hoe groter de vervorming. Hoewel de vervorming van de lens met ultralange brandpuntsafstand (telelens) al erg klein is, kan de brandpuntsafstand van de lens van de luchtonderzoekscamera in feite niet worden aangepast om rekening te houden met de vluchthoogte en andere parameters. zo lang.De volgende afbeelding is bijvoorbeeld een Sony 400 mm-telelens. Je kunt zien dat de lensvervorming erg klein is, bijna onder controle binnen 0,5%. Maar het probleem is dat als je deze lens gebruikt om foto's te verzamelen met een resolutie van 1 cm, en de vlieghoogte is al 820 meter. Het is volkomen onrealistisch om met een drone op deze hoogte te vliegen.

Lens verwerking

De lensverwerking is de meest complexe stap met de hoogste precisie in het productieproces van de lens en omvat ten minste 8 processen. Het voorproces omvat nitraatmateriaal-vat vouwen-zand opknoping-slijpen, en het nabewerking neemt kern-coating-adhesie-inktcoating. De verwerkingsnauwkeurigheid en verwerkingsomgeving bepalen rechtstreeks de uiteindelijke nauwkeurigheid van optische lenzen.

Een lage verwerkingsnauwkeurigheid heeft een fataal effect op de beeldvervorming, wat direct leidt tot ongelijkmatige lensvervorming, die niet kan worden geparametriseerd of gecorrigeerd, wat de nauwkeurigheid van het 3D-model ernstig zal beïnvloeden.

Lens installatie

Figuur 1 toont de lenskanteling tijdens het lensinstallatieproces;

Figuur 2 laat zien dat de lens niet concentrisch is tijdens het installatieproces van de lens;

Figuur 3 toont de juiste installatie.

In de bovengenoemde drie gevallen zijn de installatiemethoden in de eerste twee gevallen allemaal "verkeerde" montage, wat de gecorrigeerde structuur zal vernietigen, wat resulteert in verschillende problemen zoals wazig, ongelijk scherm en verstrooiing. Daarom is tijdens de verwerking en montage nog steeds een strikte precisiecontrole vereist.

Lens montageproces

Het lensassemblageproces verwijst naar het proces van de algehele lensmodule en de beeldsensor. De parameters zoals de positie van het hoofdpunt van het oriëntatie-element en de tangentiële vervorming in de camera-kalibratieparameters beschrijven de problemen die worden veroorzaakt door de montagefout.

Over het algemeen kan een klein aantal montagefouten worden getolereerd (hoe hoger de nauwkeurigheid van de montage, hoe beter). Zolang de kalibratieparameters nauwkeurig zijn, kan de beeldvervorming nauwkeuriger worden berekend en kan de beeldvervorming worden verwijderd. Trillingen kunnen er ook voor zorgen dat de lens enigszins beweegt en dat de parameters voor lensvervorming veranderen. Dit is de reden waarom de traditionele luchtonderzoekscamera na verloop van tijd moet worden gerepareerd en opnieuw moet worden gekalibreerd.

2.3 Rainpoo's schuine cameralens

Dubbele Gauβ structuur

 Oblique fotografie stelt veel eisen aan de lens: klein van formaat, licht van gewicht, weinig beeldvervorming en chromatische aberratie, hoge kleurweergave en hoge resolutie. Bij het ontwerpen van de lensstructuur gebruikt de lens van Rainpoo een dubbele Gauβ-structuur, zoals weergegeven in de afbeelding:
De structuur is verdeeld in de voorkant van de lens, het diafragma en de achterkant van de lens. De voor- en achterkant kunnen "symmetrisch" lijken ten opzichte van het diafragma. Door een dergelijke structuur kunnen sommige van de chromatische aberraties die aan de voor- en achterkant worden gegenereerd, elkaar opheffen, dus het heeft grote voordelen bij kalibratie en lensafmetingen in de late fase.

Asferische spiegel

Voor een schuine camera geïntegreerd met vijf lenzen: als elke lens in gewicht verdubbelt, weegt de camera vijf keer; als elke lens in lengte verdubbelt, zal de schuine camera minstens in grootte verdubbelen. Daarom moeten bij het ontwerpen asferische lenzen worden gebruikt om een ​​hoog niveau van beeldkwaliteit te verkrijgen en er tegelijkertijd voor te zorgen dat de aberratie en het volume zo klein mogelijk zijn.

Asferische lenzen kunnen het licht dat door het bolvormige oppervlak wordt verstrooid, opnieuw scherpstellen naar de focus, niet alleen een hogere resolutie verkrijgen, de kleurreproductiegraad hoog maken, maar kunnen ook de aberratiecorrectie voltooien met een klein aantal lenzen, het aantal te maken lenzen verminderen de camera lichter en kleiner.

Vervormingscorrectie tech

Door de fout in het montageproces zal de tangentiële vervorming van de lens toenemen. Het verminderen van deze montagefout is het vervormingscorrectieproces. De volgende afbeelding toont het schematische diagram van de tangentiële vervorming van een lens. Over het algemeen is de vervormingsverplaatsing symmetrisch ten opzichte van de linkerbenedenhoek - de rechterbovenhoek, wat aangeeft dat de lens een rotatiehoek loodrecht op de richting heeft, wat wordt veroorzaakt door montagefouten.

Om de hoge beeldnauwkeurigheid en kwaliteit te garanderen, heeft Rainpoo daarom een ​​reeks strikte controles uitgevoerd op het ontwerp, de verwerking en de montage:

In het vroege ontwerpstadium, om de coaxialiteit van de lensmontage te waarborgen, zoveel mogelijk ervoor te zorgen dat alle lensinstallatievlakken door één klem worden verwerkt;

②Gebruik van geïmporteerde draaigereedschappen van legeringen op zeer nauwkeurige draaibanken om ervoor te zorgen dat de bewerkingsnauwkeurigheid het IT6-niveau bereikt, vooral om ervoor te zorgen dat de coaxialiteitstolerantie 0,01 mm is;

③Elke lens is uitgerust met een set uiterst nauwkeurige wolfraamstalen plug-meters op het binnenste cirkelvormige oppervlak (elke maat bevat ten minste 3 verschillende tolerantienormen), elk onderdeel wordt strikt geïnspecteerd en positietoleranties zoals parallelliteit en loodrechtheid worden gedetecteerd door een meetinstrument met drie coördinaten;

④Nadat elke lens is geproduceerd, moet deze worden geïnspecteerd, inclusief projectieresolutie en kaarttests, en verschillende indicatoren zoals de resolutie en kleurreproductie van de lens.

RMS van de lenzen van Rainpoo tec