1. aberration chromatique
1.1 Qu'est-ce que l'aberration chromatique
L'aberration chromatique est causée par la différence de transmissivité du matériau. La lumière naturelle est composée de la région de la lumière visible avec une gamme de longueurs d'onde de 390 à 770 nm, et le reste est le spectre que l'œil humain ne peut pas voir. Étant donné que les matériaux ont des indices de réfraction différents pour différentes longueurs d'onde de lumière colorée, chaque lumière de couleur a une position d'imagerie et un grossissement différents, ce qui entraîne un chromatisme de position.
1.2 Comment l'aberration chromatique affecte-t-elle la qualité de l'image
(1) En raison des différentes longueurs d'onde et de l'indice de réfraction des différentes couleurs de lumière, le point objet ne peut pas être bien focalisé en UN seul point d'image parfait, de sorte que la photo sera floue.
(2) De plus, en raison du grossissement différent des différentes couleurs, il y aura des "lignes d'arc-en-ciel" au bord des points d'image.
1.3 Comment l'aberration chromatique affecte-t-elle le modèle 3D
Lorsque les points d'image ont des "lignes arc-en-ciel", cela affectera le logiciel de modélisation 3D pour qu'il corresponde au même point. Pour un même objet, l'appariement de trois couleurs peut provoquer une erreur due aux « lignes arc-en-ciel ». Lorsque cette erreur s'accumule suffisamment, cela provoquera une "stratification".
1.4 Comment éliminer l'aberration chromatique
L'utilisation d'un indice de réfraction différent et d'une dispersion différente de la combinaison de verre peut éliminer l'aberration chromatique. Par exemple, utilisez du verre à faible indice de réfraction et à faible dispersion comme lentilles convexes, et du verre à indice de réfraction élevé et à forte dispersion comme lentilles concaves.
Une telle lentille combinée a une distance focale plus courte à la longueur d'onde moyenne et une distance focale plus longue aux rayons d'ondes longues et courtes. En ajustant la courbure sphérique de l'objectif, les distances focales de la lumière bleue et rouge peuvent être exactement égales, ce qui élimine essentiellement l'aberration chromatique.
Spectre secondaire
Mais l'aberration chromatique ne peut pas être complètement éliminée. Après avoir utilisé l'objectif combiné, l'aberration chromatique restante est appelée "spectre secondaire". Plus la distance focale de l'objectif est longue, plus l'aberration chromatique restante est importante. Par conséquent, pour les relevés aériens qui nécessitent des mesures de haute précision, le spectre secondaire ne peut être ignoré.
En théorie, si la bande lumineuse peut être divisée en intervalles bleu-vert et vert-rouge, et que des techniques achromatiques sont appliquées à ces deux intervalles, le spectre secondaire peut être pratiquement éliminé. Cependant, il a été prouvé par calcul que si achromatique pour la lumière verte et la lumière rouge, l'aberration chromatique de la lumière bleue devient grande ; si achromatique pour la lumière bleue et la lumière verte, l'aberration chromatique de la lumière rouge devient importante. Il semble que ce soit un problème difficile et sans réponse, le spectre secondaire tenace ne peut pas être complètement éliminé.
Apochromatique（APO）technologie
Heureusement, des calculs théoriques ont trouvé un moyen pour l'APO, qui consiste à trouver un matériau de lentille optique spécial dont la dispersion relative de la lumière bleue à la lumière rouge est très faible et celle de la lumière bleue à la lumière verte est très élevée.
La fluorite est un matériau si spécial, sa dispersion est très faible et une partie de la dispersion relative est proche de nombreux verres optiques. La fluorite a un indice de réfraction relativement faible, est légèrement soluble dans l'eau et a une capacité de traitement et une stabilité chimique médiocres, mais en raison de ses excellentes propriétés achromatiques, elle devient un matériau optique précieux.
Il y a très peu de fluorine en vrac pure qui peut être utilisée pour les matériaux optiques dans la nature, couplé à leur prix élevé et à leur difficulté de traitement, les lentilles en fluorite sont devenues synonymes de lentilles haut de gamme. Divers fabricants de lentilles n'ont ménagé aucun effort pour trouver des substituts à la fluorine. Le verre à couronne fluorée est l'un d'entre eux, et le verre AD, le verre ED et le verre UD sont de tels substituts.
Les caméras obliques Rainpoo utilisent un verre ED à dispersion extrêmement faible comme objectif de la caméra pour réduire l'aberration et la distorsion. Non seulement réduit la probabilité de stratification, mais l'effet du modèle 3D a également été considérablement amélioré, ce qui améliore considérablement l'effet des angles et de la façade du bâtiment.
2、Distorsion
2.1 Qu'est-ce que la distorsion
La distorsion de l'objectif est en fait un terme général pour la distorsion de la perspective, c'est-à-dire la distorsion causée par la perspective. Ce type de distorsion aura une très mauvaise influence sur la précision de la photogrammétrie. Après tout, le but de la photogrammétrie est de reproduire, et non d'exagérer, il est donc nécessaire que les photos reflètent autant que possible les informations à l'échelle réelle des caractéristiques du sol.
Mais parce que c'est la caractéristique inhérente de l'objectif (l'objectif convexe fait converger la lumière et l'objectif concave diverge la lumière), la relation exprimée dans la conception optique est : la condition tangente pour éliminer la distorsion et la condition sinusoïdale pour éliminer la coma du diaphragme ne peuvent pas être satisfaites à en même temps, donc distorsion et aberration chromatique optique La même chose ne peut pas être complètement éliminée, seulement améliorée.
Dans la figure ci-dessus, il existe une relation proportionnelle entre la hauteur de l'image et la hauteur de l'objet, et le rapport entre les deux est le grossissement.
Dans un système d'imagerie idéal, la distance entre le plan de l'objet et l'objectif est maintenue fixe et le grossissement est une certaine valeur, il n'y a donc qu'une relation proportionnelle entre l'image et l'objet, aucune distorsion du tout.
Cependant, dans le système d'imagerie actuel, étant donné que l'aberration sphérique du rayon principal varie avec l'augmentation de l'angle de champ, le grossissement n'est plus une constante sur le plan image d'une paire d'objets conjugués, c'est-à-dire le grossissement dans le centre de l'image et le grossissement du bord sont incohérents, l'image perd sa similitude avec l'objet. Ce défaut qui déforme l'image est appelé distorsion.
2.2 Comment la distorsion affecte-t-elle la précision
Premièrement, l'erreur d'AT (Aerial Triangulation) affectera l'erreur du nuage de points dense, et donc l'erreur relative du modèle 3D. Par conséquent, la moyenne quadratique (RMS de l'erreur de projection) est l'un des indicateurs importants qui reflètent objectivement la précision finale de la modélisation. En vérifiant la valeur RMS, la précision du modèle 3D peut être simplement jugée. Plus la valeur RMS est petite, plus la précision du modèle est élevée.
2.3 Quels sont les facteurs qui affectent la distorsion de l'objectif
distance focale
En général, plus la distance focale d'un objectif à focale fixe est longue, plus la distorsion est faible ; plus la distance focale est courte, plus la distorsion est importante. Bien que la distorsion de l'objectif à très longue focale (téléobjectif) soit déjà très faible, en fait, afin de prendre en compte la hauteur de vol et d'autres paramètres, la distance focale de l'objectif de la caméra de surveillance aérienne ne peut pas être c'est long.Par exemple, l'image suivante est un téléobjectif Sony 400 mm. Vous pouvez voir que la distorsion de l'objectif est très faible, presque contrôlée à moins de 0,5%. Mais le problème est que si vous utilisez cet objectif pour collecter des photos à une résolution de 1cm, et que l'altitude de vol est déjà de 820m. Laisser un drone voler à cette altitude est totalement irréaliste.
Traitement de l'objectif
Le traitement des lentilles est l'étape la plus complexe et la plus précise du processus de production des lentilles, impliquant au moins 8 processus. Le pré-processus comprend un matériau de nitrate-baril de pliage-sable suspendu-meulage, et le post-processus prend un revêtement de noyau-revêtement-adhérence-encre. La précision de traitement et l'environnement de traitement déterminent directement la précision finale des lentilles optiques.
Une faible précision de traitement a un effet fatal sur la distorsion de l'image, ce qui conduit directement à une distorsion de l'objectif inégale, qui ne peut pas être paramétrée ou corrigée, ce qui affectera sérieusement la précision du modèle 3D.
Installation de l'objectif
La figure 1 montre l'inclinaison de l'objectif pendant le processus d'installation de l'objectif ;
La figure 2 montre que la lentille n'est pas concentrique pendant le processus d'installation de la lentille ;
La figure 3 montre l'installation correcte.
Dans les trois cas ci-dessus, les méthodes d'installation dans les deux premiers cas sont toutes un "mauvais" assemblage, ce qui détruira la structure corrigée, entraînant divers problèmes tels que l'écran flou, inégal et la dispersion. Par conséquent, un contrôle de précision strict est toujours requis pendant le traitement et l'assemblage.
Processus d'assemblage de lentilles
Le processus d'assemblage de l'objectif fait référence au processus du module d'objectif global et du capteur d'imagerie. Les paramètres tels que la position du point principal de l'élément d'orientation et la distorsion tangentielle dans les paramètres d'étalonnage de la caméra décrivent les problèmes causés par l'erreur d'assemblage.
D'une manière générale, une petite plage d'erreurs d'assemblage peut être tolérée (bien sûr, plus la précision d'assemblage est élevée, mieux c'est). Tant que les paramètres d'étalonnage sont précis, la distorsion de l'image peut être calculée plus précisément, puis la distorsion de l'image peut être supprimée. Les vibrations peuvent également entraîner un léger mouvement de l'objectif et modifier les paramètres de distorsion de l'objectif. C'est pourquoi la caméra de surveillance aérienne traditionnelle doit être réparée et recalibrée après un certain temps .
2.3 L'objectif de la caméra oblique de Rainpoo
Double Gauβ structure
La photographie oblique a de nombreuses exigences pour l'objectif : être de petite taille, léger, faible en distorsion d'image et en aberration chromatique, haute reproduction des couleurs et haute résolution. Lors de la conception de la structure de la lentille, la lentille de Rainpoo utilise une structure double Gauβ, comme indiqué sur la figure :
La structure est divisée en l'avant de l'objectif, le diaphragme et l'arrière de l'objectif. L'avant et l'arrière peuvent apparaître comme "symétriques" par rapport au diaphragme. Une telle structure permet à certaines des aberrations chromatiques générées à l'avant et à l'arrière de s'annuler, ce qui présente de grands avantages en termes d'étalonnage et de contrôle de la taille de l'objectif à un stade avancé.
Miroir asphérique
Pour une caméra oblique intégrée à cinq objectifs, si chaque objectif double de poids, la caméra pèsera cinq fois ; si chaque objectif double de longueur, la caméra oblique doublera au moins de taille. Par conséquent, lors de la conception, afin d'obtenir un haut niveau de qualité d'image tout en garantissant que l'aberration et le volume sont aussi petits que possible, des lentilles asphériques doivent être utilisées.
Les lentilles asphériques peuvent recentrer la lumière diffusée à travers la surface sphérique vers la mise au point, non seulement peuvent obtenir une résolution plus élevée, rendre le degré de reproduction des couleurs élevé, mais peuvent également compléter la correction des aberrations avec un petit nombre de lentilles, réduire le nombre de lentilles à fabriquer l'appareil photo plus léger et plus petit.
Correction de distorsion technologie
L'erreur dans le processus d'assemblage entraînera une augmentation de la distorsion tangentielle de l'objectif. La réduction de cette erreur d'assemblage est le processus de correction de distorsion. La figure suivante montre le diagramme schématique de la distorsion tangentielle d'une lentille. En général, le déplacement de distorsion est symétrique par rapport au coin inférieur gauche——le coin supérieur droit, indiquant que la lentille a un angle de rotation perpendiculaire à la direction, ce qui est causé par des erreurs de montage.
Par conséquent, afin de garantir une précision et une qualité d'imagerie élevées, Rainpoo a effectué une série de contrôles stricts sur la conception, le traitement et l'assemblage :
Au début de la conception, afin d'assurer la coaxialité de l'assemblage de la lentille, dans la mesure du possible pour garantir que tous les plans d'installation de la lentille sont traités par un seul serrage ;
Utilisation d'outils de tournage en alliage importés sur des tours de haute précision pour garantir que la précision d'usinage atteint le niveau IT6, en particulier pour garantir que la tolérance de coaxialité est de 0,01 mm ;
Chaque objectif est équipé d'un ensemble de jauges en acier au tungstène de haute précision sur la surface circulaire intérieure (chaque taille contient au moins 3 normes de tolérance différentes), chaque pièce est strictement inspectée et les tolérances de position telles que le parallélisme et la perpendicularité sont détectées par un instrument de mesure à trois coordonnées;
④Une fois que chaque objectif est produit, il doit être inspecté, y compris les tests de résolution de projection et de graphique, ainsi que divers indicateurs tels que la résolution et la reproduction des couleurs de l'objectif.
RMS des lentilles de Rainpoo technique
+8619808149372