Как хроматические аберрации и искажения влияют на ИМА

1. хроматическая аберрация

1.1 Что такое хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация вызвана разницей в прозрачности материала. Естественный свет состоит из области видимого света с диапазоном длин волн от 390 до 770 нм, а остальное - это спектр, который человеческий глаз не видит. Поскольку материалы имеют разные показатели преломления для разных длин волн цветного света, каждый цветной свет имеет различное положение изображения и увеличение, что приводит к хроматизму положения.

1.2 Как хроматическая аберрация влияет на качество изображения

(1) Из-за разной длины волны и показателя преломления разных цветов света объект-точка не может быть хорошо сфокусирована в ОДНУ идеальную точку изображения, поэтому фотография будет размытой.

(2) Кроме того, из-за разного увеличения разных цветов на краях точек изображения будут «линии радуги».

1.3 Как хроматическая аберрация влияет на 3D-модель

Когда точки изображения имеют «радужные линии», это повлияет на программное обеспечение 3D-моделирования, чтобы они совпадали с той же точкой. Для одного и того же объекта совпадение трех цветов может вызвать ошибку из-за «линий радуги». Когда эта ошибка накапливается достаточно большой, это вызовет «расслоение».

1.4 Как устранить хроматическую аберрацию

Использование комбинации стекол с различным показателем преломления и различной дисперсией может устранить хроматическую аберрацию. Например, используйте стекло с низким показателем преломления и низкой дисперсией в качестве выпуклых линз, а также стекло с высоким показателем преломления и высокой дисперсией в качестве вогнутых линз.

Такой комбинированный объектив имеет меньшее фокусное расстояние на средней длине волны и большее фокусное расстояние на длинноволновых и коротковолновых лучах. Регулируя сферическую кривизну линзы, фокусные расстояния синего и красного света могут быть точно равными, что в основном устраняет хроматическую аберрацию.

Вторичный спектр

Но полностью устранить хроматическую аберрацию невозможно. После использования комбинированного объектива оставшаяся хроматическая аберрация называется «вторичным спектром». Чем больше фокусное расстояние объектива, тем больше остается хроматической аберрации. Следовательно, для аэрофотосъемки, требующей высокоточных измерений, вторичный спектр нельзя игнорировать.

Теоретически, если световую полосу можно разделить на сине-зеленые и зелено-красные интервалы и применить ахроматические методы к этим двум интервалам, вторичный спектр можно в основном устранить. Однако расчетами было доказано, что если ахроматический для зеленого и красного света, хроматическая аберрация синего света становится большой; если ахроматический для синего и зеленого света, хроматическая аберрация красного света становится большой. Кажется, что это сложная проблема и на нее нет ответа, упорный вторичный спектр полностью устранить невозможно.

Апохроматический（APO）технология

К счастью, теоретические расчеты нашли способ для APO, который заключается в том, чтобы найти специальный материал для оптических линз, относительная дисперсия синего света и красного света которого очень мала, а относительная дисперсия синего света и зеленого света очень высока.

Флюорит - такой особенный материал, его дисперсия очень мала, а часть относительной дисперсии близка ко многим оптическим стеклам. Флюорит имеет относительно низкий показатель преломления, плохо растворяется в воде, имеет плохую обрабатываемость и химическую стабильность, но благодаря своим превосходным ахроматическим свойствам он становится ценным оптическим материалом.

Чистого объемного флюорита, который можно использовать для изготовления оптических материалов в природе, очень мало, в сочетании с их высокой ценой и сложностью обработки флюоритовые линзы стали синонимом высококачественных линз. Различные производители линз не пожалели усилий, чтобы найти заменители флюорита. Фторсодержащее стекло - одно из них, а стекло AD, стекло ED и стекло UD - такие заменители.

В наклонных камерах Rainpoo в качестве объектива используется стекло ED с чрезвычайно низкой дисперсией, чтобы уменьшить аберрации и искажения. Не только уменьшена вероятность расслоения, но и значительно улучшен эффект 3D-модели, что значительно улучшает эффект углов здания и фасада.

2 、 искажение

2.1 Что такое искажение

Искажение объектива на самом деле является общим термином для искажения перспективы, то есть искажения, вызванного перспективой. Такое искажение очень плохо влияет на точность фотограмметрии. В конце концов, цель фотограмметрии - воспроизвести, а не преувеличивать, поэтому требуется, чтобы фотографии как можно больше отражали истинную масштабную информацию о наземных объектах.

Но поскольку это неотъемлемая характеристика линзы (выпуклая линза собирает свет, а вогнутая линза рассеивает свет), соотношение, выраженное в оптической конструкции, таково: условие касательной для устранения искажения и условие синусоиды для устранения комы диафрагмы не могут быть выполнены при В то же время, поэтому искажения и оптические хроматические аберрации То же самое нельзя полностью устранить, только улучшить.

На рисунке выше существует пропорциональная зависимость между высотой изображения и высотой объекта, а соотношение между ними и есть увеличение.

В идеальной системе формирования изображения расстояние между плоскостью объекта и линзой остается фиксированным, а увеличение - определенным значением, поэтому существует только пропорциональное соотношение между изображением и объектом, а не искажение вообще.

Однако в реальной системе формирования изображения, поскольку сферическая аберрация главного луча изменяется с увеличением угла поля, увеличение больше не является постоянным на плоскости изображения пары сопряженных объектов, то есть увеличение в центр изображения и увеличение края несовместимы, изображение теряет сходство с объектом. Этот дефект, искажающий изображение, называется искажением.

2.2 Как искажение влияет на точность

Во-первых, ошибка AT (воздушной триангуляции) повлияет на ошибку плотного облака точек и, следовательно, на относительную ошибку 3D-модели. Следовательно, среднеквадратическое значение (RMS ошибки репроецирования) является одним из важных показателей, объективно отражающих окончательную точность моделирования. Проверяя значение RMS, можно легко оценить точность 3D-модели. Чем меньше значение RMS, тем выше точность модели.

2.3 Какие факторы влияют на искажение объектива

фокусное расстояние
Как правило, чем больше фокусное расстояние объектива с фиксированным фокусом, тем меньше искажение; чем короче фокусное расстояние, тем больше искажение. Хотя искажение сверхдлинного фокусного расстояния объектива (телеобъектива) уже очень мало, на самом деле, чтобы учесть высоту полета и другие параметры, фокусное расстояние объектива аэрофотосъемочной камеры не может быть изменено. Так долго.Например, на следующем рисунке изображен телеобъектив Sony 400 мм. Вы можете видеть, что искажение объектива очень маленькое, почти контролируемое в пределах 0,5%. Но проблема в том, что если использовать этот объектив для сбора фотографий с разрешением 1см, а высота полета уже 820м. Летать дрону на такой высоте совершенно нереально.

Обработка линз

Обработка линз - самый сложный и высокоточный этап в процессе производства линз, включающий не менее 8 процессов. Предварительная обработка включает в себя нитратный материал, складывание цилиндра, шлифование в песке, а на постобработке - нанесение покрытия на ядро, нанесение адгезионных чернил. Точность обработки и среда обработки напрямую определяют конечную точность оптических линз.

Низкая точность обработки фатально влияет на искажение изображения, что напрямую приводит к неравномерному искажению линзы, которое невозможно параметризовать или исправить, что серьезно повлияет на точность 3D-модели.

Установка линз

На рис. 1 показан наклон объектива в процессе установки объектива;

Рисунок 2 показывает, что линза не концентрична в процессе установки линзы;

На рисунке 3 показана правильная установка.

В трех вышеупомянутых случаях методы установки в первых двух случаях представляют собой «неправильную» сборку, которая разрушит исправленную структуру, что приведет к различным проблемам, таким как размытость, неравномерность экрана и дисперсия. Поэтому при обработке и сборке по-прежнему требуется строгий контроль точности.

Процесс сборки линз

Процесс сборки линзы относится к процессу всего модуля линзы и датчика изображения. Такие параметры, как положение главной точки элемента ориентации и тангенциальное искажение в параметрах калибровки камеры, описывают проблемы, вызванные ошибкой сборки.

Вообще говоря, допускается небольшой диапазон ошибок сборки (конечно, чем выше точность сборки, тем лучше). Пока параметры калибровки точны, искажение изображения может быть рассчитано более точно, а затем искажение изображения может быть устранено. Вибрация также может привести к небольшому смещению объектива и изменению параметров искажения объектива. Вот почему традиционная камера для аэрофотосъемки требует ремонта и повторной калибровки через некоторое время.

2.3 Косой объектив камеры Rainpoo

Двойной Gauβ состав

Космическая фотография предъявляет множество требований к объективу: он должен быть маленьким по размеру, легким по весу, с низким уровнем искажения изображения и хроматической аберрации, высокой цветопередачей и высоким разрешением. При разработке конструкции линзы линзы Rainpoo используют двойную структуру Gauβ, как показано на рисунке:
Структура разделена на переднюю часть объектива, диафрагму и заднюю часть объектива. Передняя и задняя части могут казаться «симметричными» относительно диафрагмы. Такая структура позволяет некоторым хроматическим аберрациям, генерируемым спереди и сзади, нейтрализовать друг друга, поэтому она имеет большие преимущества при калибровке и управлении размером линзы на поздней стадии.

Асферическое зеркало

Для наклонной камеры с пятью объективами, если каждый объектив удвоится по весу, камера будет весить в пять раз; если длина каждого объектива увеличится вдвое, то наклонная камера увеличится как минимум вдвое. Поэтому при проектировании для получения высокого уровня качества изображения при минимальных аберрациях и объеме необходимо использовать асферические линзы.

Асферические линзы могут перефокусировать свет, рассеянный через сферическую поверхность, обратно в фокус, не только могут получить более высокое разрешение, повысить степень цветопередачи, но также могут завершить коррекцию аберрации с помощью небольшого количества линз, уменьшить количество линз, которые нужно сделать камера легче и меньше.

Коррекция искажений технология

Ошибка в процессе сборки приведет к увеличению тангенциального искажения линзы. Уменьшение этой ошибки сборки - это процесс исправления искажений. На следующем рисунке показана схематическая диаграмма тангенциального искажения линзы. В общем, смещение искажения симметрично относительно левого нижнего - верхнего правого угла, что указывает на то, что линза имеет угол поворота, перпендикулярный направлению, что вызвано ошибками сборки.

Поэтому, чтобы обеспечить высокую точность и качество изображения, Rainpoo провел серию строгих проверок конструкции, обработки и сборки:

На ранней стадии проектирования, чтобы обеспечить соосность сборки линз, по возможности гарантировать, что все плоскости установки линз обрабатываются одним зажимом;

②Использование импортных токарных инструментов из сплава на высокоточных токарных станках для обеспечения точности обработки на уровне IT6, особенно для обеспечения допуска соосности 0,01 мм;

③Каждая линза оснащена набором высокоточных пробок из вольфрамовой стали на внутренней круговой поверхности (каждый размер содержит не менее 3 различных стандартов допуска), каждая часть строго проверяется, а допуски на положение, такие как параллельность и перпендикулярность, определяются с помощью трехкоординатный измеритель;

④После изготовления каждого объектива он должен быть проверен, включая разрешение проекции и тесты диаграммы, а также различные показатели, такие как разрешение и цветопередача объектива.