کالیبراسیون آزمایشگاهی دوربین های تصویربرداری غیرمتریک
با پیشرفت تکنولوژی در زمینه ساخت و تولید دوربین های دیجیتال ارزان قیمت حرفه ای و نیمه حرفه ای، و همچنین توسعه نرم افزارهای پردازش تصاویر فتوگرامتری، امکان بکارگیری دوربین های غیرمتریک روز به روز افزایش یافته و همین امر باعث رشد چشمگیر استفاده از تکنیک فتوگرامتری برد کوتاه گردیده است. از آنجایی که استفاده از هر نوع دوربین اعم از متریک و غیرمتریک، مستلزم دانستن هندسه داخلی دوربین و میزان استحکام آن است و همچنین سنجش قابلیت دوربین جهت رسیدن به دقت های مورد نظر در پروژه های فتوگرامتری امری اجتناب ناپذیر است، انجام یک کالیبراسیون دقیق به منظور شناخت مسیر نور در داخل سیستم نوری دوربین، ضروری است.
با توجه به هدف کالیبراسیون و نوع امکاناتی که در دسترس داریم، روش های مختلفی را می توان در پیش گرفت که معمولا روش های دقیق تر پیچیدگی های بیشتری دارند. به طور کلی سرشکنی و کالیبراسیون دوربین ها مبتنی بر دو دیدگاه است:
دیدگاه اول
پیش کالیبراسیون (Pre-Calibration)
در این حالت عمل کالیبراسیون قبل از انجام پروژه تصویربرداری و در محل آزمایشگاه انجام می شود. برای انجام این کار ابتدا یک تست فیلد از قبل طراحی و ساخته شده و سپس تصویربرداری از این تست فیلد انجام می شود. پس از پردازش تصاویر، پارامترهای کالیبراسیون محاسبه شده و از این پارامترها در تهیه مدل سه بعدی استفاده می گردد.
از روش پیش کالیبراسیون در مواردی استفاده می گردد که فاصله کانونی دوربین در تمامی موارد ثابت بوده و در پروژه های مختلف تغییر نمی کند. این امر باعث می شود که پس از یک بار کالیبراسیون، پارامترها ثابت بوده و تغییری در آنها ایجاد نشود. توصیه می شود در پروژه های تصویربرداری هوایی با استفاده از پرنده های بدون سرنشین و همچنین پروژه های تارگت مبنایی که در آنها تعداد تارگت ها کم است، از این روش استفاده گردد.
دیدگاه دوم
کالیبراسیون ضمنی (Self-Calibration)
کالیبراسیون ضمنی روشی است ویژه که پارامترهای دوربین پس از تصویربرداری پروژه، همزمان با سایر مجهولات محاسبه می شود. در روش های تارگت مبنا جهت استفاده از این روش (سلف کالیبراسیون)، می بایست تعداد و پراکندگی تارگت ها را افزایش داد تا پارامترها با دقت و قابلیت اعتماد بالایی محاسبه شوند. در نرم افزارها و روش های مدلسازی اتوماتیک (بدون تارگت) عموما از این تکنیک استفاده می شود. برای مثال نرم افزار PhotoScan از روش سلف کالیبراسیون جهت مدلسازی استفاده می کند.
نکته ای که در رابطه با روش سلف کالیبراسیون وجود دارد این است که اگر ساختار هندسی دوربین مورد نظر مستحکم نباشد، این روش نتیجه درخور توجهی را به کاربر نمی دهد. یکی از مواردی که باید در هنگام تهیه دوربین مد نظر داشت، انتخاب لنز مناسب است. با استفاده از یک لنز با کیفیت که دارای حداقل اعوجاجات باشد، می توان از روش سلف کالیبراسیون انتظار نتیجه ای مناسب را داشت. اما در غیر این صورت بهتر است از روش پیش کالیبراسیون استفاده نمود. برای مثال در پروژه های پهپاد فتوگرامتری اگر از دوربین های غیرحرفه ای استفاده می شود، بهتر است از این روش جهت کالیبره کردن دوربین و مدلسازی همزمان استفاده نگردد. این در حالی است که توصیه می شود از دوربین های غیرحرفه ای در پروژه های فتوگرامتری به هیچ عنوان استفاده نشود.
تجهیزات مورد نیاز جهت کالیبراسیون دوربین
جهت کالیبراسیون هندسی دوربین تصویربرداری از نرم افزار های مختلفی استفاده می شود. بسته به نوع نرم افزار می بایست تست فیلدهای مختلفی را تهیه نمود. یکی از بهترین نرم افزارها جهت انجام کالیبراسیون دوربین، نرم افزار Australis است که موارد مورد نیاز جهت ساخت تست فیلد ویژه این نرم افزار در ادامه بیان می شود.
برای ساخت تست فیلد مورد استفاده در این نرم افزار می بایست تارگت هایی با خاصیت بازتابندگی به قطر ۵ میلیمتر تهیه کرد و با فواصل مختلفی آنها را در کنار یکدیگر قرار داد. هر چه تعداد تارگت ها بیشتر باشد قابلیت اعتمادپذیری به پارامترهای کالیبراسیون بدست آمده بیشتر است. یکی از نکات مهم در ساخت تست فیلد این است که تمامی تارگت ها در یک سطح نبوده و جهت افزایش دقت ارتفاعی، آنها را در سطوح ارتفاعی مختلف قرار داد.
پس از ساخت تست فیلد نیاز است که از جهات و زوایای مختلف عملیات تصویربرداری صورت گیرد. سپس تصاویر بدست آمده پردازش شده و پارامترهای کالیبراسیون بدست می آیند. از این پارامترهای بدست آمده می توان به عنوان مقادیر اولیه و یا مقادیر ثابت پارامترهای کالیبراسیون درپروژه های فتوگرامتری نظیر مدلسازی سه بعدی، جابه جایی سنجی و … استفاده نمود.
جمع بندی
به طور کلی می توان بیان کرد که دقت کالیبراسیون دوربین، تابعی از پارامترهای مختلف از قبیل تعداد تصاویر، تعداد ایستگاه های تصویربرداری، نوع تارگت ها، تعداد و پراکندگی شاخص های مقیاسی و فاصله ایستگاه تا تست فیلد است. برای انجام یک کالیبراسیون بهینه لازم است پارامترهای ذکر شده را با درنظر گرفتن زمان و هزینه ها، بصورت همزمان بهینه نمود. در انتها می توان خاطرنشان شد که لازمه استفاده از تکنیک فتوگرامتری برد کوتاه جهت تهیه نقشه، مدلسازی و دیگر کاربردها، انجام یک کالیبراسیون دقیق و حرفه ای است.
