ニュース-色収差と歪みがimaにどのように影響するか

色収差と歪みがimaにどのように影響するか

1.色収差

1.1色収差とは

色収差は、素材の透過率の違いによって引き起こされます。自然光は、390〜770 nmの波長範囲の可視光領域で構成され、残りは人間の目では見ることができないスペクトルです。材料は色光の波長ごとに異なる屈折率を持っているため、各色光は異なるイメージング位置と倍率を持ち、その結果、位置の色度が変化します。

1.2色収差は画質にどのように影響しますか

（1）波長や光の色によって屈折率が異なるため、被写体点を1つの完全な画像点にうまく焦点を合わせることができず、写真がぼやけてしまいます。

（2）また、色の倍率が異なるため、画像ポイントの端に「レインボーライン」があります。

1.3色収差は3Dモデルにどのように影響しますか

イメージポイントに「レインボーライン」がある場合、同じポイントに一致するように3Dモデリングソフトウェアに影響します。同じオブジェクトの場合、3つの色を一致させると、「レインボーライン」が原因でエラーが発生する可能性があります。このエラーが十分に大きく蓄積されると、「階層化」が発生します。

1.4色収差をなくす方法

ガラスの組み合わせの異なる屈折率と異なる分散の使用は、色収差を排除することができます。たとえば、凸レンズとして低屈折率と低分散ガラスを使用し、凹レンズとして高屈折率と高分散ガラスを使用します。

このような複合レンズは、中波長で焦点距離が短く、長波長光線と短波光線で焦点距離が長くなります。レンズの球面曲率を調整することにより、青と赤の光の焦点距離を正確に等しくすることができ、基本的に色収差を排除します。

二次スペクトル

しかし、色収差を完全になくすことはできません。複合レンズを使用した後、残りの色収差は「二次スペクトル」と呼ばれます。レンズの焦点距離が長いほど、色収差が残ります。したがって、高精度の測定が必要な航空測量では、二次スペクトルを無視することはできません。

理論的には、光帯域を青緑と緑赤の間隔に分割でき、これら2つの間隔にアクロマティック技術を適用すると、基本的に2次スペクトルを除去できます。しかし、計算により、緑色光と赤色光を無彩色にすると、青色光の色収差が大きくなることが証明されています。青色光と緑色光で無彩色の場合、赤色光の色収差が大きくなります。これは難しい問題であり、答えがないようです。頑固な二次スペクトルを完全に排除することはできません。

アポクロマート（APO）技術

幸いなことに、理論計算により、APOの方法が見つかりました。これは、青色光と赤色光の相対分散が非常に低く、青色光と緑色光の相対分散が非常に高い特殊な光学レンズ材料を見つけることです。

蛍石はそのような特殊な材料であり、その分散は非常に低く、相対分散の一部は多くの光学ガラスに近いです。蛍石は屈折率が比較的低く、水に溶けにくく、加工性や化学的安定性に劣りますが、アクロマティック性に優れているため、貴重な光学材料になります。

自然界の光学材料に使用できる純粋なバルク蛍石は非常に少なく、価格が高く、加工が難しいため、蛍石レンズはハイエンドレンズの代名詞になっています。さまざまなレンズメーカーが蛍石の代替品を見つける努力を惜しみませんでした。フッ素クラウンガラスもその1つで、ADガラス、EDガラス、UDガラスなどの代替品です。

レインプー斜めカメラは、カメラのレンズとして非常に低分散のEDガラスを使用して、収差と歪みを非常に小さくしています。成層の可能性を減らすだけでなく、3Dモデルの効果も大幅に改善され、建物の角やファサードの効果が大幅に改善されました。

2、歪み

2.1歪みとは

レンズの歪みは、実際には遠近法による歪み、つまり遠近法によって引き起こされる歪みの総称です。この種の歪みは、写真測量の精度に非常に悪い影響を及ぼします。結局のところ、写真測量の目的は誇張ではなく再現することであるため、写真は可能な限り地面の特徴の実際の縮尺情報を反映する必要があります。

しかし、これはレンズの固有の特性であるため（凸レンズは光を収束し、凹レンズは光を発散します）、光学設計で表される関係は次のとおりです。歪みを排除するための接線条件とダイアフラムのコマを排除するための正弦条件は、同時に、歪みと光学色収差同じことを完全に排除することはできず、改善するだけです。

上図では、画像の高さと被写体の高さの間に比例関係があり、両者の比率が倍率です。

理想的なイメージングシステムでは、物体面とレンズの間の距離は一定に保たれ、倍率は特定の値であるため、画像と物体の間には比例関係のみがあり、歪みはまったくありません。

しかし、実際のイメージングシステムでは、主光線の球面収差は視野角の増加に伴って変化するため、倍率は、一対の共役物体の像面上で一定ではなくなります。画像の中心とエッジの倍率に一貫性がない場合、画像はオブジェクトとの類似性を失います。画像を変形させるこの欠陥は、歪みと呼ばれます。

2.2歪みは精度にどのように影響しますか

まず、AT（Aerial Triangulation）の誤差は、密な点群の誤差に影響し、したがって3Dモデルの相対誤差に影響します。したがって、二乗平均平方根（RMS of Reprojection Error）は、最終的なモデリングの精度を客観的に反映する重要な指標の1つです。RMS値を確認することで、3Dモデルの精度を簡単に判断できます。RMS値が小さいほど、モデルの精度が高くなります。

2.3レンズの歪みに影響を与える要因は何ですか

焦点距離
一般に、固定焦点レンズの焦点距離が長いほど、歪みは小さくなります。焦点距離が短いほど、歪みは大きくなります。超長焦点レンズ（望遠レンズ）の歪みはすでに非常に小さいですが、実際には、飛行高さやその他のパラメータを考慮するために、航空測量カメラのレンズの焦点距離はそんなに長い。たとえば、次の写真はソニーの400mm望遠レンズです。レンズの歪みが非常に小さく、ほぼ0.5％以内に制御されていることがわかります。しかし、問題は、このレンズを使用して1cmの解像度で写真を収集し、飛行高度がすでに820mである場合、この高度で飛行するドローンを完全に非現実的にすることです。

レンズ加工

レンズ加工は、レンズ製造工程で最も複雑で最高精度の工程であり、少なくとも8つの工程が含まれます。前処理には硝酸塩材料-バレル折り畳み-吊り下げ研削が含まれ、後処理にはコアコーティング-接着-インクコーティングが行われます。処理精度と処理環境は、光学レンズの最終的な精度を直接決定します。

処理精度が低いと、イメージングの歪みに致命的な影響を及ぼし、レンズの歪みが不均一になり、パラメータ化や修正ができなくなり、3Dモデルの精度に深刻な影響を及ぼします。

レンズの取り付け

図1は、レンズ取り付けプロセス中のレンズの傾きを示しています。

図2は、レンズの取り付けプロセス中にレンズが同心ではないことを示しています。

図3は、正しいインストールを示しています。

上記の3つのケースでは、最初の2つのケースのインストール方法はすべて「間違った」アセンブリであり、修正された構造が破壊され、ぼやけ、不均一な画面、分散などのさまざまな問題が発生します。したがって、処理および組み立て時には、厳密な精度管理が依然として必要です。

レンズ組立工程

レンズ組み立てプロセスとは、レンズモジュール全体と画像センサーのプロセスを指します。オリエンテーション要素の主点の位置やカメラキャリブレーションパラメータの接線歪みなどのパラメータは、組み立てエラーによって引き起こされる問題を説明します。

一般的に言って、小さな範囲のアセンブリエラーは許容できます（もちろん、アセンブリの精度が高いほど良いです）。キャリブレーションパラメータが正確である限り、画像の歪みをより正確に計算でき、画像の歪みを取り除くことができます。振動により、レンズがわずかに移動し、レンズの歪みパラメータが変化する可能性もあります。これが、従来の航空測量カメラを一定期間後に修正して再校正する必要がある理由です。

2.3Rainpooの斜めカメラレンズ

ダブル Gauβ 構造

斜め写真には、レンズに多くの要件があります。サイズが小さく、軽量で、画像の歪みと色収差が低く、色再現性が高く、解像度が高いことです。レンズ構造を設計するとき、Rainpooのレンズは図に示すように二重Gauβ構造を使用します。
構造はレンズの前部、絞り、レンズの後部に分かれています。前面と背面は、横隔膜に対して「対称」に見える場合があります。このような構造により、前後で発生する色収差の一部を相殺することができるため、後期のキャリブレーションやレンズサイズ制御に大きなメリットがあります。

非球面ミラー

5つのレンズが統合された斜めカメラの場合、各レンズの重量が2倍になると、カメラの重量は5倍になります。各レンズの長さが2倍になると、斜めカメラのサイズは少なくとも2倍になります。したがって、設計時には、収差とボリュームを可能な限り小さくしながら高レベルの画質を得るには、非球面レンズを使用する必要があります。

非球面レンズは、球面で散乱した光を焦点に戻すことができ、より高い解像度を得ることができ、色再現度を高くするだけでなく、少数のレンズで収差補正を完了し、作成するレンズの数を減らすことができますカメラはより軽く、より小さくなります。

歪み補正 技術

組み立てプロセスのエラーにより、レンズの接線方向の歪みが増加します。この組み立てエラーを減らすことが、歪み補正プロセスです。次の図は、レンズの接線方向の歪みの概略図を示しています。一般に、歪みの変位は左下、つまり右上隅に対して対称であり、組み立てエラーが原因で、レンズの回転角が方向に垂直であることを示しています。

したがって、高い画像精度と品質を確保するために、Rainpooは設計、処理、および組み立てについて一連の厳密なチェックを行いました。

設計の初期段階では、レンズアセンブリの同軸性を確保するために、可能な限りすべてのレンズ取り付け面が1回のクランプで処理されるようにします。

②高精度旋盤に輸入合金旋削工具を使用して、加工精度がIT6レベルに達するようにし、特に同軸公差が0.01mmになるようにします。

③各レンズは、内側の円形表面に高精度のタングステン鋼プラグゲージのセットを備えており（各サイズには少なくとも3つの異なる公差基準が含まれています）、各部品は厳密に検査され、平行度や垂直度などの位置公差は3座標測定器;

④各レンズを製造した後、投影解像度やチャートテスト、レンズの解像度や色再現などのさまざまな指標を含めて、レンズを検査する必要があります。