Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової знімальної камери

Реферат: UA 110910 U UA 110910 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до наземного цифрового фототеодолітного знімання і може бути використана при визначенні фокусної віддалі неметричних цифрових знімальних систем та подальшого застосування стереофотограмметричного методу у різних галузях науки і техніки: для дослідження динамічних процесів гідротехнічних споруд, зсувних та сельових процесів, танення льодовиків, деформацій інженерних споруд, у військовій справі тощо. А також у прикладній оптиці, для визначення конфігурації поверхонь та радіусів лінз оптичних систем. Відомий спосіб визначення фокусної віддалі цифрової знімальної камери (ЦЗК), згідно з яким, контрольно-вимірну сітку (КВС) встановлюють від об'єктива цифрової неметричної знімальної камери на фіксованих віддалях, які не знаходяться для даного об'єктива в нескінченості і за значеннями координат та горизонтальних і вертикальних кутів, визначають еквівалентну фокусну віддаль, за якою судять про реальну фокусну віддаль цифрової неметричної знімальної камери [патент № 99984; МПК G01C 11/00, автори: Глотов В. М., Патттетник О.Д. "Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової знімальної камери", бюл. № 20, 2012]. Але у цьому способі використовується кутомірний прилад, наприклад електронний тахеометр, що знижує в першу чергу собівартість, оперативність та технологічність способу. Відомий спосіб калібрування фотокамер, згідно з яким, дзеркальний тест-об'єкт виконаний у вигляді двох повернутих одна до одної паралельних плоских дзеркальних поверхонь, встановлених на заданій відстані, на одну з яких нанесені контрольні точки з відомим взаємним розташуванням [патент № 553447; G01C25/00, автори: Амромин П.Д., Перлов С.С. "Тест-объект для фотограмметрической калибровки съемочных камер", бюл. 13, 1977]. Проте, реалізація способу є досить трудомісткою (високі вимоги до точності установки дзеркал та їх габаритів, застосування спеціальної рами з напрямними та каретками для переміщення дзеркал), внаслідок чого точність визначення фокусних віддалей є не достатньо точною (наприклад, похибка фокусних віддалей знімальних камер складає - 0,14-0,32 мм, при допустимих вимогах на сьогоднішній день - 0,005-0,0 І мм). В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу визначення фокусної віддалі цифрової знімальної камери, в якому введення нових дій забезпечило би визначення еквівалентної фокусної віддалі, за якою судять про реальну фокусну віддаль ЦЗК і тим самим досягають підвищення точності способу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі калібрування фотокамер за допомогою дзеркального тест-об'єкта, згідно з яким, дзеркальний тест-об'єкт виконують у вигляді плоскoї дзеркальної поверхні, на яку нанесені контрольні точки з відомим взаємним розташуванням, згідно з корисною моделлю паралельно до плоскoї дзеркальної поверхні встановлюють контрольну-вимірну сітку, у отворі якої розташовують об'єктив цифрової знімальної камери, повертають цифрову знімальну камеру на кут вправо та вліво, з забезпеченням неперпендикулярності головної оптичної осі до дзеркальної поверхні, виконують знімання в цих положеннях для отримання стереопари, а фокусну віддаль визначають за виміряними координатами точок на поверхні лінзи об'єктива цифрової знімальної камери. Це забезпечує можливість підвищити точність визначення координат точок об'єктів, що досліджуються. Також, для визначення фокусної віддалі не потрібно застосовувати кутомірних приладів, а це значно здешевлює вартість реалізації запропонованого способу. На Фіг. 1 представлено схематичне розташування приладів та елементів знімання, де: ІЦЗК; 2- об'єктив ЦЗК; 3- фрагмент КВС; 4- дзеркало; 5-головна оптична вісь; 6 - підставки; 7 штативи. На Фіг.2 відображено фрагмент КВС, де 3- фрагмент КВС, 8 - отвір для об'єктива ЦЗК. На Фіг. 3 схематично зображено спосіб визначення фокусної віддалі ЦЗК, де: 2- об'єктив ЦЗК в двох положеннях; 9- умовний базис знімання; 10-проектуючі промені; 11 - (А', А") побудоване зображення лінзи об'єктива ЦЗК; 12 - відбиті промені. На Фіг. 4 представлено розташування місць на поверхні лінзи об'єктива ЦЗК, в яких виконуються виміри. На Фіг. 5 схематично зображено вертикальний переріз поверхні лінзи об'єктива, де точка S центр оптичної системи, r - радіус лінзи, l - висота центрального кульового сегмента лінзи, а половина хорди цього сегмента. Спосіб визначення фокусної віддалі ЦЗК здійснюють так. Розташовують цифрову знімальну камеру 1 на підставку 6 на штативі 7 і приводять у робочий стан - нівелюють її за допомогою накладного або рамного рівня. При цьому навколо переднього торця тубусу об'єктива 2 камери встановлюють фрагмент контрольно-вимірної сітки 3 у отвір 8, який потрібен для проведення процесу зовнішнього орієнтування отриманих зображень. У безпосередній близькості від неї 1 UA 110910 U 5 10 15 установлюють на підставку дзеркало 4 на штативі 7 так, щоб головна оптична вісь 5 наближено була перпендикулярна до дзеркала. Після приведення комплексу в робочий стан, об'єктив ЦЗК 2 відхиляють на відповідний кут вправо (таким чином, щоб головна оптична вісь не була перпендикулярна до дзеркала) для виконання знімання відображеної ЦЗК у дзеркалі. Далі камеру повертають вліво та роблять аналогічне знімання, що забезпечить отримання стереопари з умовним базисом 9. Побудова відображення ЦЗК у дзеркалі відбувається наступним чином: пучок проектуючих променів 10, що падає на дзеркало 4, після відбиття повертається в зворотному напрямку. В точках 11 (А', А"), отриманих в результаті перетину геометричного продовження відбитих променів 12, буде побудовано зображення об'єктива ЦЗК. Передають одержані цифрові зображення у вікно "Зовнішнє орієнтування" цифрової фотограмметричної станції, наприклад "Дельта-2", попередньо задавши параметри камери та каталог опорних точок (перехресть КВС), і виконують орієнтування знімків. Подальше опрацювання виконують у програмному пакеті Digitals, а саме вимірюють координати (X, У, Z) точок 1-5 (Фіг.4), що розташовані на поверхні лінзи об'єктива. За виміряними координатами точок визначають хорди 1-2 та 3-4 та значення а за поданими формулами: a1  a2  x 2  x1 2  z 2  z1 2 2 x 3  x 4 2  z3  z 4 2 2 (1) , , a  a2 a 1 , 2 20 (2) (3) Розраховують висоту центрального кульового сегмента лінзи  за наступними формулами:  i Z 5  Zi , (4)  cep  1   2   3   4 . 4 (5) Радіус лінзи об'єктива ЦЗК r визначають за формулою: 25 r a2  2 . 2 (6) За отриманим значенням радіуса обчислюють значення фокусної віддалі: f 30 r . 2 (7) Для апробації способу визначалась фокусна віддаль цифрової знімальної камери Canon HOS 450D № 2280509273 при середньому значенні фокусної віддалі для фіксованої позначки 55 мм. Для прикладу, виміряні значення координат точок 1-5 (X, Y, Z) поверхні лінзи об'єктива подані в таблиці. Таблиця Значення координат точок поверхні лінзи об'єктива № з/п 1 2 3 4 5 X, мм 452,798 451,232 673,979 224,193 453,979 Y, мм 226,958 670,751 450,326 449,235 448,271 2 Z, мм 90,392 92,056 90,035 99,587 -54,465 UA 110910 U У результаті обчислень за формулами (1) -(7) отримано значення фокусної віддалі – f=51,54 мм. Різниця значень фокусних віддалей пояснюється переміщенням теленасадки об'єктива стосовно фокусування на об'єкт. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової знімальної камери, згідно з яким, дзеркальний тест-об'єкт виконують у вигляді плоскoї дзеркальної поверхні, на яку нанесені контрольні точки з відомим взаємним розташуванням, який відрізняється тим, що паралельно до плоскoї дзеркальної поверхні встановлюють контрольну-вимірну сітку, у отворі якої розташовують об'єктив цифрової знімальної камери, повертають цифрову знімальну камеру на кут вправо та вліво, з забезпеченням неперпендикулярності головної оптичної осі до дзеркальної поверхні, виконують знімання в цих положеннях для отримання стереопари, а фокусну віддаль визначають за виміряними координатами точок на поверхні лінзи об'єктива цифрової знімальної камери. 3 UA 110910 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4