Kako hromatska aberacija i izobličenje utiču na sliku

1.hromatska aberacija

1.1 Šta je hromatska aberacija

Kromatska aberacija je uzrokovana razlikom u transmisivnosti materijala. Prirodno svjetlo se sastoji od područja vidljive svjetlosti s rasponom talasnih dužina od 390 do 770 nm, a ostatak je spektar koji ljudsko oko ne može vidjeti. Budući da materijali imaju različite indekse prelamanja za različite valne dužine obojene svjetlosti, svaka svjetlost u boji ima različitu sliku i uvećanje, što rezultira hromatizmom položaja.

1.2 Kako hromatska aberacija utiče na kvalitet slike

(1) Zbog različitih talasnih dužina i indeksa prelamanja različitih boja svetlosti, tačka objekta ne može biti dobro fokusirana u JEDNU savršenu tačku slike, tako da će fotografija biti zamućena.

(2) Takođe, zbog različitog uvećanja različitih boja, na rubu tačaka slike će biti „dugine linije“.

1.3 Kako hromatska aberacija utiče na 3D model

Kada tačke na slici imaju „dugine linije“, to će uticati na softver za 3D modeliranje da odgovara istoj tački. Za isti objekat, slaganje tri boje može uzrokovati grešku zbog „duginih linija“. Kada se ova greška akumulira dovoljno velika, to će uzrokovati "stratifikaciju".

1.4 Kako eliminisati hromatsku aberaciju

Upotreba različitog indeksa prelamanja i različite disperzije staklene kombinacije može eliminirati kromatsku aberaciju. Na primjer, koristite staklo s niskim indeksom loma i niskom disperzijom kao konveksna sočiva, a staklo s visokim indeksom loma i visokom disperzijom kao konkavna sočiva.

Takvo kombinovano sočivo ima kraću žižnu daljinu na srednjoj talasnoj dužini i veću žižnu daljinu na dugim i kratkim talasnim zracima. Podešavanjem sferne zakrivljenosti sočiva, žižne daljine plave i crvene svetlosti mogu biti potpuno jednake, što u osnovi eliminiše hromatsku aberaciju.

Sekundarni spektar

Ali kromatska aberacija se ne može potpuno eliminirati. Nakon upotrebe kombinovanog sočiva, preostala hromatska aberacija naziva se "sekundarni spektar". Što je veća žižna daljina sočiva, to je više preostalih hromatskih aberacija. Stoga, za snimanje iz zraka koji zahtijevaju visoko precizna mjerenja, sekundarni spektar se ne može zanemariti.

U teoriji, ako se svjetlosni pojas može podijeliti na plavo-zelene i zeleno-crvene intervale, i ako se na ova dva intervala primjenjuju ahromatske tehnike, sekundarni spektar se u osnovi može eliminirati. Međutim, proračunom je dokazano da ako je akromatično za zeleno i crveno svjetlo, kromatska aberacija plave svjetlosti postaje velika; ako je ahromatska za plavo i zeleno svjetlo, kromatska aberacija crvenog svjetla postaje velika. Čini se da je ovo težak problem i da nema odgovora, tvrdoglavi sekundarni spektar se ne može u potpunosti eliminirati.

Apohromatski（APO）tech

Srećom, teorijski proračuni su pronašli način za APO, a to je pronalaženje specijalnog materijala optičkog sočiva čija je relativna disperzija plave svjetlosti prema crvenoj svjetlosti vrlo niska, a disperzija plave svjetlosti prema zelenoj svjetlosti vrlo visoka.

Fluorit je tako poseban materijal, njegova disperzija je vrlo mala, a dio relativne disperzije je blizak mnogim optičkim staklima. Fluorit ima relativno nizak indeks prelamanja, slabo je rastvorljiv u vodi i ima lošu procesnu sposobnost i hemijsku stabilnost, ali zbog svojih odličnih ahromatskih svojstava postaje dragocen optički materijal.

Postoji vrlo malo čistog fluorita koji se može koristiti za optičke materijale u prirodi, zajedno sa njihovom visokom cijenom i teškoćom u obradi, fluoritna sočiva su postala sinonim za vrhunska sočiva. Razni proizvođači sočiva nisu štedjeli truda da pronađu zamjenu za fluorit. Fluor-kruna staklo je jedno od njih, a AD staklo, ED staklo i UD staklo su takve zamjene.

Rainpoo kosi fotoaparati koriste ED staklo izuzetno niske disperzije kao objektiv kamere kako bi aberacije i izobličenja bile vrlo male. Ne samo da se smanjuje vjerovatnoća raslojavanja, već je značajno poboljšan i efekat 3D modela, čime se značajno poboljšava efekat uglova zgrade i fasade.

2、Izobličenje

2.1 Šta je distorzija

Distorzija sočiva je zapravo opći izraz za izobličenje perspektive, odnosno izobličenje uzrokovano perspektivom. Ova vrsta izobličenja će imati veoma loš uticaj na tačnost fotogrametrije. Na kraju krajeva, svrha fotogrametrije je reprodukcija, a ne preuveličavanje, tako da je potrebno da fotografije odražavaju pravu informaciju o razmjeru karakteristika terena što je više moguće.

Ali budući da je ovo inherentna karakteristika sočiva (konveksno sočivo konvergira svjetlost, a konkavno sočivo divergira svjetlost), odnos izražen u optičkom dizajnu je: tangentni uvjet za eliminaciju izobličenja i sinusni uvjet za eliminaciju koma dijafragme ne mogu biti zadovoljeni pri u isto vrijeme, tako da se izobličenje i optička hromatska aberacija ne mogu potpuno eliminisati, samo poboljšati.

Na gornjoj slici postoji proporcionalni odnos između visine slike i visine objekta, a odnos između njih je povećanje.

U idealnom sistemu snimanja, udaljenost između ravni objekta i sočiva je fiksna, a uvećanje je određena vrijednost, tako da postoji samo proporcionalan odnos između slike i objekta, bez izobličenja.

Međutim, u stvarnom sistemu snimanja, budući da sferna aberacija glavnog zraka varira sa povećanjem ugla polja, uvećanje više nije konstanta na ravni slike para konjugiranih objekata, tj. centar slike i uvećanje ruba su nedosljedni, slika gubi svoju sličnost sa objektom. Ovaj nedostatak koji deformiše sliku naziva se distorzija.

2.2 Kako izobličenje utiče na tačnost

Prvo, greška AT (Aerial Triangulation) će uticati na grešku gustog oblaka tačaka, a time i na relativnu grešku 3D modela. Stoga je srednji kvadrat (RMS of Reprojection Error) jedan od važnih indikatora koji objektivno odražavaju konačnu tačnost modeliranja. Provjerom RMS vrijednosti može se jednostavno ocijeniti tačnost 3D modela. Što je manja RMS vrijednost, to je veća tačnost modela.

2.3 Koji su faktori koji utiču na izobličenje sočiva

žižna daljina
Generalno, što je veća žižna daljina objektiva sa fiksnim fokusom, to je manja distorzija; što je žižna daljina kraća, to je veća distorzija. Iako je izobličenje ultra-velike žižne daljine (tele sočiva) već vrlo malo, zapravo, da bi se uzela u obzir visina leta i drugi parametri, žižna daljina objektiva kamere za snimanje iz zraka ne može se toliko dugo.Na primjer, sljedeća slika je Sony 400 mm tele objektiv. Možete vidjeti da je izobličenje sočiva vrlo malo, gotovo kontrolirano unutar 0,5%. Ali problem je što ako koristite ovaj objektiv za prikupljanje fotografija u rezoluciji od 1cm, a visina leta je već 820m. pustiti dron da leti na ovoj visini je potpuno nerealno.

Obrada sočiva

Obrada sočiva je najsloženiji i najprecizniji korak u procesu proizvodnje sočiva, koji uključuje najmanje 8 procesa. Pretproces uključuje nitratni materijal-bačvu savijanje-pesak viseće-brušenje, a post-proces uzima jezgro-premaz-prianjanje-premazivanje mastilom. Preciznost obrade i okruženje obrade direktno određuju konačnu tačnost optičkih sočiva.

Niska tačnost obrade ima fatalan učinak na izobličenje slike, što direktno dovodi do neujednačenog izobličenja sočiva, koje se ne može parametrizovati ili ispraviti, što će ozbiljno uticati na tačnost 3D modela.

Instalacija sočiva

Slika 1 prikazuje nagib sočiva tokom procesa postavljanja sočiva;

Slika 2 pokazuje da sočivo nije koncentrično tokom procesa postavljanja sočiva;

Slika 3 prikazuje ispravnu instalaciju.

U gornja tri slučaja, metode ugradnje u prva dva slučaja su sve "pogrešne" montaže, što će uništiti ispravljenu strukturu, što će rezultirati raznim problemima kao što su zamućenje, neravnomjeran ekran i disperzija. Stoga je i dalje potrebna stroga kontrola preciznosti tokom obrade i montaže.

Proces sklapanja objektiva

Proces sastavljanja objektiva odnosi se na proces cjelokupnog modula sočiva i senzora slike. Parametri kao što su položaj glavne tačke orijentacijskog elementa i tangencijalna distorzija u parametrima kalibracije kamere opisuju probleme uzrokovane greškom pri montaži.

Uopšteno govoreći, mali raspon grešaka u montaži se može tolerisati (naravno, što je veća tačnost montaže, to bolje). Sve dok su parametri kalibracije tačni, izobličenje slike se može preciznije izračunati, a zatim se izobličenje slike može ukloniti. Vibracije također mogu uzrokovati lagano pomicanje sočiva i uzrokovati promjenu parametara izobličenja sočiva. Zbog toga je tradicionalnu kameru za snimanje iz zraka potrebno popraviti i ponovo kalibrirati nakon određenog vremenskog perioda.

2.3 Rainpoo-ov kosi objektiv kamere

Dvostruko Gauβ struktura

Kosa fotografija ima mnogo zahtjeva za objektivom, da bude male veličine, male težine, malog izobličenja slike i hromatskih aberacija, visoke reprodukcije boja i visoke rezolucije. Prilikom dizajniranja strukture sočiva, Rainpoo sočivo koristi dvostruku Gauβ strukturu, kao što je prikazano na slici:
Struktura je podijeljena na prednji dio sočiva, dijafragmu i stražnji dio sočiva. Prednji i stražnji dio mogu izgledati kao "simetrični" u odnosu na dijafragmu. Takva struktura omogućava da se neke od hromatskih aberacija koje se generišu na prednjoj i zadnjoj strani poništavaju jedna drugu, tako da ima velike prednosti u kalibraciji i kontroli veličine sočiva u kasnoj fazi.

Asferično ogledalo

Za kosi fotoaparat integriran s pet sočiva, ako se svaki objektiv udvostruči, kamera će težiti pet puta; ako se svaka leća udvostruči, tada će se kosi fotoaparat barem udvostručiti. Stoga, prilikom projektovanja, kako bi se postigao visok nivo kvaliteta slike, a da aberacija i volumen budu što manji, moraju se koristiti asferična sočiva.

Asferična sočiva mogu ponovo fokusirati svjetlost raspršenu kroz sferičnu površinu natrag u fokus, ne samo da mogu postići veću rezoluciju, povećati stupanj reprodukcije boja, već mogu i dovršiti korekciju aberacije s malim brojem sočiva, smanjiti broj sočiva koje treba napraviti kamera je lakša i manja.

Korekcija izobličenja tech

Greška u procesu sklapanja će uzrokovati povećanje tangencijalne distorzije sočiva. Smanjenje ove greške pri montaži je proces korekcije izobličenja. Sljedeća slika prikazuje šematski dijagram tangencijalnog izobličenja sočiva. Općenito, pomak izobličenja je simetričan u odnosu na donji lijevi——gornji desni ugao, što ukazuje da sočivo ima ugao rotacije okomit na smjer, što je uzrokovano greškama pri sklapanju.

Stoga, kako bi osigurao visoku točnost i kvalitet slike, Rainpoo je napravio niz strogih provjera dizajna, obrade i montaže:

U ranoj fazi projektovanja, kako bi se osigurala koaksijalnost sklopa sočiva, koliko god je to moguće kako bi se osiguralo da se sve ravnine ugradnje sočiva obrađuju jednim stezanjem;

②Korišćenje uvezenih alata za struganje od legure na visoko preciznim strugovima kako bi se osiguralo da tačnost obrade dosegne nivo IT6, posebno kako bi se osiguralo da je tolerancija koaksijalnosti 0,01 mm;

③Svako sočivo je opremljeno skupom visokopreciznih mjerača čepa od volframovog čelika na unutrašnjoj kružnoj površini (svaka veličina sadrži najmanje 3 različita tolerancijska standarda), svaki dio je strogo pregledan, a tolerancije položaja kao što su paralelizam i okomitost se otkrivaju pomoću trokoordinatni mjerni instrument;

④Nakon što se svaki objektiv proizvede, mora se pregledati, uključujući rezoluciju projekcije i testove grafikona, te različite pokazatelje kao što su rezolucija i reprodukcija boja objektiva.