색수차와 왜곡이 ima에 미치는 영향

1. 색수차

1.1 색수차란?

색수차는 재료의 투과율 차이로 인해 발생합니다. 자연광은 파장 390~770nm의 가시광선 영역으로 구성되며, 나머지는 사람의 눈으로 볼 수 없는 스펙트럼이다. 재료는 색광의 파장에 따라 굴절률이 다르기 때문에 각 색광은 이미징 위치와 배율이 다르므로 위치의 색도가 발생합니다.

1.2 색수차가 이미지 품질에 미치는 영향

(1) 빛의 파장과 굴절률이 다르기 때문에 물체의 포인트는 하나의 완벽한 이미지 포인트로 잘 초점을 맞출 수 없으므로 사진이 흐려집니다.

(2) 또한 다른 색상의 다른 배율로 인해 이미지 포인트의 가장자리에 "무지개 선"이 있습니다.

1.3 색수차가 3D 모델에 미치는 영향

이미지 포인트에 "무지개 선"이 있으면 동일한 포인트와 일치하도록 3D 모델링 소프트웨어에 영향을 줍니다. 동일한 오브젝트에 대해 3가지 색상이 일치하면 "무지개 선"으로 인해 오류가 발생할 수 있습니다. 이 오류가 충분히 크게 누적되면 "계층화"가 발생합니다.

1.4 색수차 제거 방법

다른 굴절률과 유리 조합의 다른 분산을 사용하면 색수차를 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 저굴절률 및 저분산 유리를 볼록 렌즈로 사용하고 고굴절률 및 고분산 유리를 오목 렌즈로 사용합니다.

이러한 복합렌즈는 중파장에서 초점거리가 짧고 장파장과 단파장에서 초점거리가 더 길다. 렌즈의 구면 곡률을 조정하여 청색광과 적색광의 초점 거리를 정확히 같게 하여 기본적으로 색수차를 제거합니다.

2차 스펙트럼

그러나 색수차는 완전히 제거할 수 없습니다. 결합 렌즈를 사용한 후 남은 색수차는 "2차 스펙트럼"이라고 합니다. 렌즈의 초점 거리가 길수록 색수차가 더 많이 남습니다. 따라서 고정밀 측정이 필요한 항공 측량의 경우 2차 스펙트럼을 무시할 수 없습니다.

이론적으로 빛의 띠를 청록색과 녹적색 구간으로 나눌 수 있고 이 두 구간에 무채색 기법을 적용하면 기본적으로 2차 스펙트럼을 없앨 수 있다. 그러나 녹색광과 적색광에 대해 무채색이면 청색광의 색수차가 커진다는 것이 계산에 의해 입증되었습니다. 청색광과 녹색광에 대해 무채색이면 적색광의 색수차가 커집니다. 이것은 어려운 문제이고 답이 없는 것 같고, 완고한 2차 스펙트럼을 완전히 제거할 수는 없습니다.

아포크로매틱（아포）기술

다행히도 이론적 계산을 통해 APO에 대한 방법을 찾았습니다. APO는 청색광에 대한 적색광의 상대적 분산이 매우 낮고 청색광과 녹색광의 상대적 분산이 매우 높은 특수 광학 렌즈 재료를 찾는 것입니다.

형석은 이러한 특수 물질로 분산이 매우 낮고 상대 분산의 일부가 많은 광학 유리에 가깝습니다. 형석은 굴절률이 비교적 낮고 물에 난용성이며 가공성 및 화학적 안정성이 열악하지만 무채색 특성이 우수하여 귀중한 광학재료가 된다.

자연에서 광학 재료로 사용할 수 있는 순수한 벌크형 형석은 매우 적고, 높은 가격과 가공의 어려움으로 인해 형석 렌즈는 고급 렌즈의 대명사가 되었습니다. 다양한 렌즈 제조업체는 형석의 대체품을 찾기 위해 노력을 아끼지 않았습니다. 불소 크라운 유리가 그 중 하나이며 AD 유리, ED 유리 및 UD 유리가 그러한 대체품입니다.

Rainpoo 경사 카메라는 초저분산 ED 유리를 카메라 렌즈로 사용하여 수차와 왜곡을 매우 작게 만듭니다. 층화 확률을 감소시킬 뿐만 아니라 3D 모델 효과도 크게 향상되어 건물 모서리와 정면의 효과가 크게 향상되었습니다.

2、왜곡

2.1 왜곡이란

렌즈 왜곡은 실제로 원근 왜곡, 즉 원근에 의해 발생하는 왜곡의 총칭입니다. 이러한 종류의 왜곡은 사진 측량의 정확도에 매우 나쁜 영향을 미칩니다. 결국 사진 측량의 목적은 과장이 아닌 재현에 있기 때문에 사진은 지반 지형의 실제 축척 정보를 최대한 반영해야 합니다.

그러나 이것이 렌즈의 고유한 특성(볼록렌즈는 빛을 수렴하고 오목렌즈는 빛을 발산함)이기 때문에 광학 설계에서 표현되는 관계는 왜곡을 제거하기 위한 접선 조건과 조리개의 코마를 제거하기 위한 사인 조건을 만족할 수 없습니다. 동시에 왜곡과 광학 색수차를 완전히 제거할 수는 없고 개선만 할 뿐입니다.

위 그림에서 이미지 높이와 물체 높이 사이에는 비례 관계가 있으며, 그 둘의 비율이 배율입니다.

이상적인 이미징 시스템에서 물체면과 렌즈 사이의 거리는 고정되어 있고 배율은 특정 값이므로 이미지와 물체 사이에는 비례 관계만 있고 왜곡이 전혀 없습니다.

그러나 실제 이미징 시스템에서는 주광선의 구면수차가 필드각의 증가에 따라 달라지기 때문에 한 쌍의 켤레 물체의 이미지 평면에서 배율이 더 이상 일정하지 않습니다. 이미지의 중심과 가장자리의 배율이 일치하지 않으면 이미지가 대상과의 유사성을 잃습니다. 이미지를 변형시키는 이 결함을 왜곡이라고 합니다.

2.2 왜곡이 정확도에 미치는 영향

첫째, AT(Aerial Triangulation)의 오차는 밀집된 점 구름의 오차에 영향을 미치므로 3D 모델의 상대 오차에 영향을 미칩니다. 따라서 RMS(Reprojection Error)는 최종 모델링 정확도를 객관적으로 반영하는 중요한 지표 중 하나입니다. RMS 값을 확인하여 3D 모델의 정확도를 간단히 판단할 수 있습니다. RMS 값이 작을수록 모델의 정확도가 높아집니다.

2.3 렌즈 왜곡에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

초점 거리
일반적으로 고정 초점 렌즈의 초점 거리가 길수록 왜곡이 작아집니다. 초점 거리가 짧을수록 왜곡이 커집니다. 초장거리 초점거리 렌즈(망원렌즈)의 왜곡은 이미 매우 작지만, 실제로 비행고도 및 기타 매개변수를 고려하기 위해 항공 측량 카메라 렌즈의 초점거리는 그렇게 오래.예를 들어 다음 사진은 Sony 400mm 망원 렌즈입니다. 렌즈 왜곡이 매우 작아 거의 0.5% 이내로 제어되는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 문제는 이 렌즈를 사용하여 1cm의 해상도로 사진을 수집하고 비행 고도가 이미 820m인 경우 드론이 이 고도에서 비행하게 하는 것은 완전히 비현실적입니다.

렌즈 가공

렌즈 가공은 렌즈 생산 공정에서 가장 복잡하고 정밀한 단계로 최소 8개의 공정을 포함합니다. 전공정은 질산염재료-배럴접기-모래연삭을 포함하고 후공정은 코어코팅-접착-잉크코팅을 거친다. 가공 정확도와 가공 환경은 광학 렌즈의 최종 정확도를 직접적으로 결정합니다.

낮은 처리 정확도는 이미징 왜곡에 치명적인 영향을 미치며, 이는 매개변수화하거나 수정할 수 없는 고르지 않은 렌즈 왜곡으로 직접 이어져 3D 모델의 정확도에 심각한 영향을 미칩니다.

렌즈 설치

그림 1은 렌즈 설치 과정 중 렌즈 기울기를 보여줍니다.

그림 2는 렌즈 설치 과정에서 렌즈가 동심원이 아님을 보여줍니다.

그림 3은 올바른 설치를 보여줍니다.

위의 세 가지 경우에서 처음 두 가지 경우의 설치 방법은 모두 "잘못된" 조립으로 수정된 구조가 파괴되어 흐릿하고 고르지 않은 화면 및 분산과 같은 다양한 문제가 발생합니다. 따라서 가공 및 조립 과정에서 여전히 엄격한 정밀 제어가 필요합니다.

렌즈 조립 공정

렌즈 조립 공정은 전체 렌즈 모듈과 이미징 센서의 공정을 말합니다. 오리엔테이션 요소의 주요 지점 위치 및 카메라 보정 매개변수의 접선 왜곡과 같은 매개변수는 조립 오류로 인해 발생하는 문제를 설명합니다.

일반적으로 말해서 작은 범위의 조립 오류는 허용될 수 있습니다(물론 조립 정확도가 높을수록 더 좋습니다). 보정 매개변수가 정확하면 이미지 왜곡을 더 정확하게 계산할 수 있으며 이미지 왜곡을 제거할 수 있습니다. 또한 진동으로 인해 렌즈가 약간 움직이고 렌즈 왜곡 매개변수가 변경될 수 있습니다. 이것이 전통적인 항공 측량 카메라가 일정 기간 후에 고정되고 재보정되어야 하는 이유입니다.

2.3 Rainpoo의 오블리크 카메라 렌즈

더블 가우베타 구조

경사 사진은 렌즈의 크기가 작고 무게가 가벼우며 이미지 왜곡과 색수차가 적고 색재현율이 높으며 해상도가 높아야 하는 많은 요구 사항이 있습니다. 렌즈 구조를 설계할 때 Rainpoo의 렌즈는 그림과 같이 이중 Gauβ 구조를 사용합니다.
구조는 렌즈 전면, 조리개 및 렌즈 후면으로 구분됩니다. 전면과 후면은 다이어프램에 대해 "대칭"으로 나타날 수 있습니다. 이와 같은 구조는 전후방에서 발생하는 색수차의 일부를 상쇄할 수 있도록 하여 후기의 보정 및 렌즈 사이즈 조절에 큰 장점이 있습니다.

비구면 거울

5개의 렌즈가 통합된 경사 카메라의 경우 각 렌즈의 무게가 2배가 되면 카메라의 무게는 5배가 됩니다. 각 렌즈의 길이가 두 배로 늘어나면 경사 카메라의 크기는 적어도 두 배가 됩니다. 따라서 설계 시 수차와 부피를 최대한 줄이면서도 높은 수준의 화질을 얻으려면 비구면 렌즈를 사용해야 합니다.

비구면 렌즈는 구면을 통해 산란된 빛을 다시 초점으로 다시 초점을 맞출 수 있으며 더 높은 해상도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 색 재현도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 적은 수의 렌즈로 수차 보정을 완료할 수 있고 렌즈 수를 줄일 수 있습니다. 더 가볍고 작은 카메라.

왜곡 보정 기술

조립 과정의 오류로 인해 렌즈 접선 왜곡이 증가합니다. 이 조립 오류를 줄이는 것이 왜곡 보정 프로세스입니다. 다음 그림은 렌즈의 접선 왜곡의 개략도를 보여줍니다. 일반적으로 왜곡 변위는 왼쪽 하단-오른쪽 상단 모서리에 대해 대칭이며 이는 렌즈가 방향에 수직인 회전 각도를 갖고 있음을 나타내며 이는 조립 오류로 인해 발생합니다.

따라서 Rainpoo는 높은 이미징 정확도와 품질을 보장하기 위해 설계, 가공 및 조립에 대한 일련의 엄격한 검사를 수행했습니다.

설계의 초기 단계에서 렌즈 어셈블리의 동축성을 보장하기 위해 가능한 한 모든 렌즈 설치 평면이 하나의 클램핑으로 처리되도록 보장합니다.

② 고정밀 선반에 수입 합금 선삭 공구를 사용하여 가공 정확도가 IT6 수준에 도달하도록 하며, 특히 동축 공차가 0.01mm인지 확인합니다.

③ 각 렌즈에는 내부 원형 표면에 고정밀 텅스텐 스틸 플러그 게이지 세트가 장착되어 있으며(각 크기에는 최소 3개의 다른 공차 표준이 포함됨), 각 부품은 엄격하게 검사되며 평행도 및 직각도와 같은 위치 공차가 감지됩니다. 3좌표 측정기;

④각 렌즈는 제작 후 투영해상도, 차트테스트 등의 검사와 렌즈의 해상도, 색재현율 등의 각종 지표를 검사하여야 한다.