Geocal-XL 版本發佈:支持更大 FOV 鏡頭幾何標定

Image Engineering 在今年推出了相機標定設備Geocal,基於准直管在DOE衍射光方式模擬無窮遠距離的點陣。

Geocal 提出相機標定的新維度,它非常緊湊、方便快捷,通過衍射點陣平移不變特性和模擬無窮遠距離,只需拍攝一張圖片即可獲取標定參數(內參、焦距、畸變系數等),且適應各種焦距的鏡頭拍攝。

現在,為適應車載行業相機的標定需求,我們推出了 Geocal-XL 版本,具有更大的發光面,發光口直徑150 mm 標準版直徑 77 mm),可以支持FOV30°~180° 鏡頭標定,支持針孔、魚眼畸變模型切換。

*目前可以选择的版本:

Geocal 標準版:校准相機 FOV30 ~120°

Geocal-XL 版本:校准相機 FOV30 ~180°

Geocal-IR 版本:校准相機 FOV30 ~120°

GEOCAL XL 非常適合大 FOV 的攝像頭進行相機標定,以及在相機和 GEOCAL 之間須有一定距離下標定的情況(例如,攝像頭透過擋風玻璃進行相機標定)。

例如當透過汽車的擋風玻璃標定時,需要更大的發光面

對於傳統的棋盤格圖卡標定方式,面對較大FOV的鏡頭時需要定制較大的圖卡,這對實驗室和場地提出挑戰。使用增距鏡也是一種常用的替代方案,但也會增加額外的光學誤差。

在 IE 線上研討會中 Image Engineering 公司的 CEO Dietmar Wueller先生也詳細介紹了Geocal相機標定的新方法:

在影像行業有許多測試圖卡和軟件可以確定相機的幾何標定、失真。

但是所有這些設置都有一些共同的問題。它們限制於有限的物體距離,需要較大的測試圖卡以在更遠的距離上進行校准,並結合均勻的照明。

常用的相機標定或失真測試圖卡

為了克服使用測試圖卡進行幾何標定時對象距離有限的限制,使用增距鏡的確是一種常用的替代方案。但是使用這些增距鏡並不完美,因此也會給圖像帶來幾何誤差,需要在測量中進行補償。

許多應用需要相機的幾何特性和標定。在攝影測量學中,距離是用圖像來測量的。傳統的攝影失真是在圖像處理通道中測量和補償的,在汽車應用中,基於所測量的攝像機的幾何特性來計算到物體的距離。

汽車成像中的距離分析需要幾何校准

現在,我們提出了新的幾何校准解決方案——GEOCAL幾何校准設備,該解決方案基於衍射光學元件(DOE),該衍射光學元件被由擴展的激光二極管光束產生的平面波照射。來自激光器的光束被放大,光面波落在DOE上。

DOE生成規則71×71點陣網格,這些點實際上是從無窮遠處開始的。

這些點被攝像機成像並在成像平面上形成網格。根據網格到擴展激光束的方向、攝像機到激光束的方向和攝像機的變形,將網格從理想結構中縮放、修改和移動。

GEOCAL內部構件


標準版及XL版本


GEOCAL光束衍射後的網格

光束波長為 632.8nm,擴束後直徑為 75 mm(XL版本155mm),支持最大視場角120°(XL版本180°),它具有以下特徵 :

可產生無限遠距離的規則光點網格
在一定範圍內可調整相機位置
●  方便調整攝像機旋轉角度
●  不需要使用增距鏡
●  非常緊湊的設計
●  校准大視場角攝像機
●  立體攝像頭調整

在評估攝像機的對齊方式時,旋轉角度是所需輸出的一部分:


GEOCAL 測試過程

測試背景
攝像機創建的圖像是3D 圖像投影到圖像的 2D 空間:

Z 是投影平面 Z = 1,

圖像像素坐標系與圖像物理坐標系的轉換關係(矩陣形式):

f是相機的焦距,u0 和 v0 是主點(圖像原點)坐標, u和v是理想坐標。

添加失真模型


GEOCAL測量拍攝

現在,我們可以計算相機標定所需的所有必要值:
內參主點u0、v0
焦距f
徑向畸變系數k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8(可設置)
切向畸變系數p1,P2
DOE的傾斜角度α,β
相機外部方位ω,φ,κ

以及報告均方誤差結果RMSE:

下圖是獲得的結果,並以像素尺寸表示了內部方向(u0,v0,f)。外部攝像機方位(ω,φ,κ)和DOE傾斜度(α,β)均以准直儀坐標系表示,並以角度數表示,畸變系數(k,p), 用於校准的點數用n表示。
圖片
在以下網址可閱讀 Dietmar Wueller 在電子成像會議發表的完整論文:
https://www.image-engineering.de/library/conference-papers/1068-a-new-dimension-in-geometric-camera-calibration

或在我司官網查看產品詳細介紹:
https://www.image-engineering.de/products/equipment/measurement-devices/1071-geocal?utm_source=newsletter_105&utm_medium=email&utm_campaign=image-quality-news-june-2020