RU2682588C1 - Method of high-precision calibration of digital video channel distortion - Google Patents

Method of high-precision calibration of digital video channel distortion Download PDF

Info

Publication number
RU2682588C1
RU2682588C1 RU2018107519A RU2018107519A RU2682588C1 RU 2682588 C1 RU2682588 C1 RU 2682588C1 RU 2018107519 A RU2018107519 A RU 2018107519A RU 2018107519 A RU2018107519 A RU 2018107519A RU 2682588 C1 RU2682588 C1 RU 2682588C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
video channel
distortion
axis
fan
video
Prior art date
Application number
RU2018107519A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Волков
Николай Анатольевич Грязнов
Николай Анатольевич Романов
Евгений Николаевич Соснов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) filed Critical Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)
Priority to RU2018107519A priority Critical patent/RU2682588C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682588C1 publication Critical patent/RU2682588C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
    • G01M11/0264—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested by using targets or reference patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: optoelectronic surveillance system.SUBSTANCE: method for calibrating the distortion of a video channel containing a lens and a matrix image receiver in which the video channel is fixed in front of the collimator, in a parallel beam between the video channel and the collimator lens, an air-reflecting wedge (ARW) is placed, which forms a fan of equidistant collimated beams with an angular distance between adjacent beams equal to twice the wedge angle. On the video channel image receiver, the fan is depicted as a chain of focal spots (CFS). By rotating the video channel or ARW around the axis, the orientation of the CFS in the frame changes sequentially, several frames are shot to evenly fill the field of view of the video channel CFS, after that, to calibrate the video channel, when processing frames, the most probable values of the focal length, pixel coordinates of the axis of the video channel and the distortion coefficients of the third, fifth and seventh order are determined.EFFECT: providing high-precision measurement of the distortion of video channels while simultaneously determining the position of the optical axis of the video channel and its focal length.1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к способам контроля оптических характеристик и показателей качества изображения, и может быть использовано для высокоточной аттестации и калибровки цифровых видеоканалов, представляющих собой связку объектива и матричного приемника изображения.The invention relates to optical-electronic instrumentation, and in particular to methods for monitoring optical characteristics and indicators of image quality, and can be used for high-precision certification and calibration of digital video channels, which are a bunch of lens and image sensor matrix.

Известен способ калибровки радиальной дисторсии, изложенный в патенте РФ №2289111 [1]. Способ состоит в том, что испытуемым видеоканалом снимается любая рабочая сцена, изображение которой вводится в ЭВМ и бинаризируется с выделением контуров, после чего выбирается калибровочный объект из объектов рабочей сцены и определяются координаты центральной точки калибровочного объекта. Далее видеоканал позиционируется в n разных направлениях наблюдения, определяются координаты центральной точки калибровочного объекта на изображении для n разных направлений наблюдения и определяются коэффициенты радиальной дисторсии. Недостатком этого способа является зависимость точности его результатов от точности устройства позиционирования видеоканала, что исключает возможность его использования, например, для калибровки видеоканалов угломерных измерительных приборов.A known method of calibrating radial distortion described in the patent of the Russian Federation No. 2289111 [1]. The method consists in the fact that the test video channel shoots any working scene, the image of which is entered into the computer and binarized with the selection of contours, after which the calibration object is selected from the objects of the working scene and the coordinates of the central point of the calibration object are determined. Next, the video channel is positioned in n different directions of observation, the coordinates of the center point of the calibration object in the image are determined for n different directions of observation, and the coefficients of radial distortion are determined. The disadvantage of this method is the dependence of the accuracy of its results on the accuracy of the positioning device of the video channel, which excludes the possibility of its use, for example, for calibrating video channels of goniometric measuring instruments.

Наиболее близким является способ калибровки дисторсии оптико-электронного устройства, представленный в патенте РФ №2321888 [2]. Способ заключается в следующем: устанавливают оптико-электронное устройство с возможностью перемещения вдоль оси на фиксированную величину и получения в каждом из зафиксированных положений изображения, измеряют в каждом из зафиксированных положений оптико-электронного устройства реальные координаты одной и той же контрольной точки получаемого изображения, по полученным координатам вычисляют коэффициенты радиальной и тангенциальной дисторсии, вычисляют истинные координаты точек искаженного изображения на основе реальных координат этих точек и полученных коэффициентов дисторсии.The closest is a method of calibrating the distortion of an optoelectronic device, as presented in RF patent No. 2321888 [2]. The method consists in the following: an optoelectronic device is installed with the possibility of moving along the axis by a fixed amount and receiving in each of the fixed positions of the image, the real coordinates of the same control point of the received image are measured in each of the fixed positions of the optoelectronic device, according to the received the coordinates calculate the coefficients of radial and tangential distortion, calculate the true coordinates of the points of the distorted image based on real coordinates m these points and coefficients obtained by the distortion.

Недостатки этого способа заключаются в том, что он пригоден только для работы с объектами, расположенными на конечном расстоянии от видеоканала, а его точность зависит от точности устройства ориентирования видеоканала в заданных позициях.The disadvantages of this method are that it is suitable only for working with objects located at a finite distance from the video channel, and its accuracy depends on the accuracy of the orientation device of the video channel at predetermined positions.

Задачей изобретения является создание способа высокоточного измерения дисторсии видеоканалов, предназначенных для наблюдения удаленных на бесконечность объектов, не зависящего от точности устройств позиционирования и пригодного для калибровки видеоканалов угломерных приборов.The objective of the invention is to provide a method for high-precision measurement of the distortion of video channels, designed to monitor objects removed at infinity, independent of the accuracy of positioning devices and suitable for calibrating video channels of goniometric devices.

Технический результат - создание лабораторного способа высокоточного измерения дисторсии видеоканалов, одновременно обеспечивающего определение положения оптической оси видеоканала и его фокусного расстояния.The technical result is the creation of a laboratory method of high-precision measurement of the distortion of video channels, while simultaneously determining the position of the optical axis of the video channel and its focal length.

Для решения поставленной задачи, как и в известном способе, исследуемый видеоканал позиционируется перед тест-объектом, строит его изображение, после чего по результатам обработки изображения на ЭВМ вычисляются коэффициенты дисторсии. В отличие от известного способа, тест-объект в предлагаемом изобретении проецируется с помощью коллиматора в бесконечность. При этом тест-объект представляет собой точку, и может быть сформирован с помощью подсвеченной точечной диафрагмы, либо точечного источника света, установленного в фокальной плоскости коллиматора. В параллельный пучок лучей между объективами коллиматора и исследуемого видеоканала помещается воздушно-зеркальный клин (ВЗК), представляющий собой две установленные под углом α друг относительно друга плоскопараллельные стеклянные пластины, на внутренние поверхности которых нанесено отражающее покрытие с коэффициентом отражения 0,85 в рабочей области спектра. В описанной схеме ВЗК формирует веер эквидистантных коллимированных пучков с угловым расстоянием между соседними пучками равным удвоенному углу клина. На приемнике изображения видеоканала веер изображается как цепь фокальных пятен (ЦФП). Фокальное пятно, соответствующее неотклоненному клином пучку, располагается вблизи точки пересечения оптической оси объектива и плоскости приемника изображения. При повороте видеоканала или ВЗК вокруг оси ориентация ЦФП в кадре изменяется. Таким образом, выполняется съемка нескольких кадров для равномерного заполнения поля зрения видеоканала ЦФП. Применение именно ВЗК как источника веера эквидистантных пучков лучей позволяет использовать для калибровки каналов как монохроматические, так и широкополосные источники света.To solve the problem, as in the known method, the studied video channel is positioned in front of the test object, builds its image, after which the distortion coefficients are calculated from the results of image processing on a computer. In contrast to the known method, the test object in the present invention is projected using the collimator to infinity. In this case, the test object is a point, and can be formed using the illuminated point aperture, or a point source of light installed in the focal plane of the collimator. An air-mirror wedge (VZK) is placed in a parallel beam of rays between the lenses of the collimator and the video channel under study. . In the described scheme, the IBD forms a fan of equidistant collimated beams with an angular distance between adjacent beams equal to twice the wedge angle. At the image receiver of the video channel, the fan is depicted as a chain of focal spots (DSP). The focal spot corresponding to the beam that is not deflected by the wedge is located near the intersection of the optical axis of the lens and the plane of the image receiver. When you rotate the video channel or the OPC around the axis, the orientation of the DPC in the frame changes. Thus, several frames are shot to uniformly fill the field of view of the DSP video channel. The use of precisely a VZK as a source of a fan of equidistant beam of rays makes it possible to use both monochromatic and broadband light sources for channel calibration.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена схема лабораторной измерительной установки для измерения дисторсии видеоканалов.In FIG. 1 is a diagram of a laboratory measuring apparatus for measuring the distortion of video channels.

На фиг. 2 показан пример заполнения поля зрения видеоканала ЦФП. Фокальные пятна каждой из ЦФП соединены прямой линией для наглядности.In FIG. Figure 2 shows an example of filling the field of view of the DSP video channel. The focal spots of each of the DPCs are connected by a straight line for clarity.

На фиг. 3 представлена рассчитанная по результатам измерений калибровочная функция видеоканала (функция дисторсии, сплошная линия). Кружками показаны положения фокальных пятен отдельных ЦФП.In FIG. Figure 3 shows the calibration function of the video channel calculated from the measurement results (distortion function, solid line). The circles show the positions of the focal spots of individual DPCs.

На фиг. 4 представлена расчетная функция дисторсии объектива (сплошная линия). Пунктирными линиями показаны калибровочные функции для 15 исследованных видеоканалов.In FIG. Figure 4 shows the calculated lens distortion function (solid line). The dashed lines show the calibration functions for the 15 studied video channels.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что исследуемый видеоканал 5 (фиг. 1) закрепляется на поворотном суппорте оптической скамьи перед коллиматором (3), в фокальной плоскости которого установлена точечная диафрагма (2), подсвеченная источником света (1), или точечный источник света. В параллельном пучке лучей между исследуемым видеоканалом и объективом коллиматора помещается ВЗК (4), который формирует веер эквидистантных коллимированных пучков с угловым расстоянием между соседними пучками равным удвоенному углу клина. На приемнике изображения видеоканала веер изображается как ЦФП. Фокальное пятно, соответствующее неотклоненному клином пучку, располагается вблизи ожидаемой точки пересечения оптической оси объектива и плоскости приемника изображения. При повороте видеоканала или ВЗК вокруг оси ориентация ЦФП в кадре изменяется. Таким образом, выполняется съемка нескольких кадров для равномерного заполнения поля зрения фотоэлектронной камеры ЦФП. Для калибровки видеоканала при последующей обработке отснятых кадров вычисляются пиксельные координаты энергетических центров тяжести фокальных пятен для каждого кадра. Также методом наименьших квадратичных отклонений вычисляется угол наклона ЦФП в кадре γ относительно оси X (горизонтальной оси) матрицы приемника изображения. Для описания радиальной дисторсии используется модель дисторсии седьмого порядка. Для матричного приемника изображения в «пиксельных» единицах измерения эта модель может быть записана в следующем виде:The essence of the invention lies in the fact that the studied video channel 5 (Fig. 1) is mounted on a rotary support of the optical bench in front of the collimator (3), in the focal plane of which there is a point aperture (2) illuminated by a light source (1), or a point light source . In a parallel beam of rays between the studied video channel and the collimator objective, a VZK (4) is placed, which forms a fan of equidistant collimated beams with an angular distance between adjacent beams equal to twice the wedge angle. At the image receiver of the video channel, the fan is displayed as a DFT. The focal spot corresponding to the beam that is not deflected by the wedge is located near the expected intersection point of the optical axis of the lens and the plane of the image receiver. When you rotate the video channel or the OPC around the axis, the orientation of the DPC in the frame changes. Thus, several frames are shot to uniformly fill the field of view of the DPC photoelectronic camera. To calibrate the video channel during the subsequent processing of the captured frames, the pixel coordinates of the energy centers of gravity of the focal spots for each frame are calculated. Also, the method of least quadratic deviations is used to calculate the DFT angle in frame γ relative to the X axis (horizontal axis) of the image sensor matrix. A seventh-order distortion model is used to describe radial distortion. For a matrix image receiver in “pixel” units of measurement, this model can be written in the following form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Nd - измеренное (искаженное) расстояние от центра тяжести фокального пятна до оси камеры, Nu - неискаженное положение фокального пятна, K3, K5, K7 - коэффициенты дисторсии третьего, пятого и седьмого порядка, соответственно.where N d is the measured (distorted) distance from the center of gravity of the focal spot to the camera axis, N u is the undistorted position of the focal spot, K 3 , K 5 , K 7 are the third, fifth, and seventh order distortion coefficients, respectively.

Измеренное расстояние связано с параметрами видеоканала следующим соотношением:The measured distance is connected with the parameters of the video channel as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Xm, Ym - измеренные значения пиксельных координат центра тяжести данного фокального пятна, Хс, Yc - пиксельные координаты оси видеоканала.where X m , Y m are the measured values of the pixel coordinates of the center of gravity of a given focal spot, X c , Y c are the pixel coordinates of the axis of the video channel.

Неискаженное положение фокального пятна Nu связано с параметрами видеоканала следующим соотношением:The undistorted position of the focal spot N u is associated with the video channel parameters by the following relation:

Figure 00000003
Figure 00000003

Где F - фокусное расстояние видеоканала, θ - угол между осью объектива и осью данного пучка веера, dpix - размер пикселя.Where F is the focal length of the video channel, θ is the angle between the axis of the lens and the axis of the given fan beam, d pix is the pixel size.

Так как искажения, вносимые дисторсией, для неотклоненного ВЗК пучка веера (первого пучка) пренебрежимо малы, угол θ0 между осью объектива и осью этого пучка связан с координатами центра тяжести пятна и параметрами видеоканала, следующими соотношениями:Since the distortions introduced by distortion are negligible for the non-deviated IBC of the fan beam (the first beam), the angle θ 0 between the axis of the lens and the axis of this beam is associated with the coordinates of the center of gravity of the spot and the parameters of the video channel, the following relations:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где Xd0, Yd0 - измеренные значения пиксельных координат центра тяжести фокального пятна для неотклоненного ВЗК пучка веера.where X d0 , Y d0 are the measured values of the pixel coordinates of the center of gravity of the focal spot for an unbent IBC fan beam.

Система координат видеоканала определяется следующим образом: ось X видеоканала параллельна оси X матрицы, ось Y видеоканала параллельна оси Y матрицы, ось Z видеоканала совпадает с осью симметрии объектива (осью радиальной дисторсии). Единичный вектор направления оси j-го пучка веера в системе координат видеоканала определяется по формуле:The coordinate system of the video channel is defined as follows: the X axis of the video channel is parallel to the X axis of the matrix, the Y axis of the video channel is parallel to the Y axis of the matrix, the Z axis of the video channel coincides with the axis of symmetry of the lens (the axis of radial distortion). The unit direction vector of the axis of the jth fan beam in the coordinate system of the video channel is determined by the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где γ - угол наклона ЦФП в кадре относительно оси X матрицы, ψ - угол между первым пучком веера и проекцией оси фотоэлектронной камеры на плоскость веера пучков, ϕ - угол между осью видеоканала (осью объектива) и плоскостью веера.where γ is the angle of inclination of the DPC in the frame relative to the axis X of the matrix, ψ is the angle between the first beam of the fan and the projection of the axis of the photoelectronic camera onto the plane of the fan of beams, ϕ is the angle between the axis of the video channel (lens axis) and the plane of the fan.

Углы ориентации веера относительно системы координат камеры (ψ и ϕ) связаны с координатами первого пучка веера и ориентацией ЦФП в кадре следующими соотношениями:The orientation angles of the fan relative to the camera coordinate system (ψ and ϕ) are related to the coordinates of the first fan beam and the DFT orientation in the frame by the following relationships:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Угол между осью j-го пучка веера и осью видеоканала определяется выражением:The angle between the axis of the jth fan beam and the axis of the video channel is determined by the expression:

Figure 00000010
Figure 00000010

Для нахождения параметров камеры и коэффициентов дисторсии методом Левенберга-Марквардта решается задача оптимизации для уравнения дисторсии 7-го порядка для каждого фокального пятна из каждого кадра с записью ЦФП с учетом взаимосвязи величин, описываемой выражениями (1-9). При этом определяются наиболее вероятные значения следующих параметров: фокусного расстояния камеры F, пиксельных координат оси видеоканала Xc, Yc (оси симметрии функции дисторсии) и коэффициентов дисторсии третьего, пятого и седьмого порядка K3, K5, K7.To find the camera parameters and distortion coefficients by the Levenberg-Marquardt method, the optimization problem is solved for the 7th order distortion equation for each focal spot from each frame with the DFT recording taking into account the relationship of the quantities described by expressions (1-9). In this case, the most probable values of the following parameters are determined: focal length of the camera F, pixel coordinates of the axis of the video channel X c , Y c (axis of symmetry of the distortion function) and distortion coefficients of the third, fifth and seventh orders of magnitude K 3 , K 5 , K 7 .

Таким образом, предлагаемый способ измерения дисторсии видеоканалов основан на высокоточном измерении положений сфокусированных видеоканалом фокальных пятен на матричном приемнике изображения параллельных эквидистантных пучков лучей. Точность способа определяется, в первую очередь, ВЗК, который является источником веера пучков лучей, угловые расстояния между которыми с высокой точностью равны удвоенному углу клина между стеклянными пластинами ВЗК. Соответственно, точность способа не зависит от точности устройств позиционирования, а основной вклад в ошибку измерения дисторсии вносят погрешности изготовления отдельных пластин ВЗК (в первую очередь, отступление от плоскости поверхностей), погрешность определения угла между пластинами, а также неперпендикулярность угла между ребром ВЗК и осью падающего на него коллимированного пучка. Эти погрешности достаточно просто минимизировать до приемлемого уровня. Остаточные деформации плоскостей пластин вызывают нарушение плоскостности падающего на ВЗК волнового фронта, сформированного коллиматором. При многократном отражении от зеркальных поверхностей ВЗК искажения волнового фронта пучков веера, вносимые из-за неидеальности этих поверхностей, накапливаются (практически складываются). Для исключения влияния этих ошибок, при последующей обработке отснятых кадров достаточно вычислить пиксельные координаты энергетических центров тяжести фокальных пятен ЦФП для каждого кадра. Угол между пластинами ВЗК может быть измерен с точностью до 0,5'' с помощью гониометра. Для того чтобы угол между соседними пучками веера отличался от величины 2α не более, чем на величину δϕ, отклонение угла между ребром клина и осью падающего на ВЗК пучка от 90° должно быть не более чем

Figure 00000011
. При δϕ=0,1'' и α=40' допустимое отклонение ребра ВЗК от перпендикулярности оси падающего пучка составляет 22'. Следовательно, при настройке схемы измерения дисторсии видеоканалов, ребро ВЗК необходимо установить перпендикулярно оси падающего на него коллимированного пучка. С помощью автоколлиматора это можно выполнить с точностью лучше, чем 10''.Thus, the proposed method for measuring the distortion of video channels is based on high-precision measurement of the positions of focal spots focused by the video channel on a matrix image receiver of parallel equidistant beams of rays. The accuracy of the method is determined, first of all, by the VZK, which is the source of the fan of the beam of rays, the angular distances between which are with high accuracy equal to twice the angle of the wedge between the glass plates of the VZK. Accordingly, the accuracy of the method does not depend on the accuracy of the positioning devices, and the main contribution to the error in measuring distortion is made by the manufacturing errors of individual wafer plates (first of all, deviation from the plane of the surfaces), the error in determining the angle between the plates, and also the non-perpendicularity of the angle between the edge of the bump and the axis a collimated beam incident on it. These errors can simply be minimized to an acceptable level. Residual deformations of the plate planes cause a violation of the flatness of the wave front incident on the IBD formed by the collimator. Upon multiple reflection from the mirror surfaces of the air-borne cavity, the distortions of the wavefront of the fan beams introduced due to the imperfection of these surfaces accumulate (practically add up). To exclude the influence of these errors, in the subsequent processing of the captured frames, it is sufficient to calculate the pixel coordinates of the energy centers of gravity of the focal spots of the DPC for each frame. The angle between the wafer plates can be measured with an accuracy of 0.5 '' using a goniometer. In order for the angle between adjacent fan bundles to differ from 2α by no more than δϕ, the deviation of the angle between the edge of the wedge and the axis of the beam incident on the IBD from 90 ° should be no more than
Figure 00000011
. For δϕ = 0.1 '' and α = 40 ', the permissible deviation of the IBD rib from the perpendicularity of the incident beam axis is 22'. Therefore, when setting up the scheme for measuring the distortion of the video channels, the edge of the IBD must be installed perpendicular to the axis of the collimated beam incident on it. With an auto-collimator, this can be done with an accuracy better than 10 ''.

Экспериментальные измерения дисторсии согласно предлагаемому способу были проведены на видеоканалах угломерного измерительного прибора. В видеоканалах был применен объектив, обеспечивающий равномерное качество изображения по всему полю видеоканала, включая углы кадра. Технические характеристики видеоканала, включая характеристики приемника изображения, приведены в таблице 1. Объектив отличается высоким уровнем коррекции дисторсии, которая даже в углах кадра составляет менее 0,3%, а разница между параксиальным и реальным положением изображения точки нигде не превышает 20 мкм (на большей части поля ее значение находится в пределах от 0 до 8 мкм). Это меньше или сравнимо с размером единичного пикселя приемника изображения видеоканала, который равен 5,5 мкм. На фиг. 4 сплошной линией показана расчетная кривая дисторсии и калибровочные кривые измеренной дисторсии пятнадцати исследованных видеоканалов.Experimental measurements of distortion according to the proposed method were carried out on the video channels of a goniometric measuring device. A lens was used in the video channels to ensure uniform image quality over the entire field of the video channel, including frame angles. The technical characteristics of the video channel, including the characteristics of the image receiver, are shown in Table 1. The lens has a high level of distortion correction, which even in the corners of the frame is less than 0.3%, and the difference between the paraxial and actual position of the image of the point does not exceed 20 microns anywhere (at a larger part of the field, its value is in the range from 0 to 8 μm). This is smaller or comparable to the size of a single pixel of a video channel image receiver, which is 5.5 microns. In FIG. 4, the solid line shows the calculated distortion curve and the calibration curves of the measured distortion of the fifteen studied video channels.

Таким образом, предложенный способ позволяет измерять дисторсию с точностью лучшей, чем размер единичного пикселя исследуемого видеоканала, а также дополнительно определять фокусное расстояние видеоканала и положение оптической оси на приемнике изображения. Использование именно воздушно-зеркального клина как источника веера эквидистантных пучков лучей дает возможность применять для исследования каналов как монохроматические, так и широкополосные источники света и позволяет минимизировать вклад ошибок настройки и изготовления лабораторного оборудования в итоговый результат калибровки видеоканала.Thus, the proposed method allows to measure the distortion with an accuracy better than the size of a single pixel of the studied video channel, as well as to additionally determine the focal length of the video channel and the position of the optical axis on the image receiver. The use of an air-mirror wedge as a source of a fan of equidistant beam of rays makes it possible to use both monochromatic and broadband light sources for channel studies and minimizes the contribution of tuning and manufacturing laboratory equipment errors to the final result of video channel calibration.

Источники информацииInformation sources

1. №2289111 http://www.freepatent.ru/patents/2289111 - аналог.1. No. 2289111 http://www.freepatent.ru/patents/2289111 - analogue.

2. №2321888 http://www.freepatent.ru/patents/2321888 - прототип.2. No. 2321888 http://www.freepatent.ru/patents/2321888 - prototype.

Figure 00000012
Figure 00000012

Claims (1)

Способ калибровки дисторсии видеоканала, содержащего связанные между собой объектив и матричный приемник изображения, включающий определение коэффициентов дисторсии, отличающийся тем, что исследуемый видеоканал закрепляется на поворотном суппорте оптической скамьи перед коллиматором, в фокальной плоскости которого установлена точечная диафрагма, подсвеченная источником света, или точечный источник света, в параллельном пучке лучей между исследуемым видеоканалом и объективом коллиматора помещается воздушно-зеркальный клин (ВЗК), который формирует веер эквидистантных коллимированных пучков с угловым расстоянием между соседними пучками, равным удвоенному углу клина, на приемнике изображения видеоканала веер изображается как цепь фокальных пятен (ЦФП), фокальное пятно, соответствующее неотклоненному клином пучку, располагается вблизи ожидаемой точки пересечения оптической оси объектива и плоскости приемника изображения, поворотом видеоканала или ВЗК вокруг оси ориентация ЦФП в кадре последовательно изменяется, выполняется съемка нескольких кадров для равномерного заполнения поля зрения видеоканала ЦФП, после чего для калибровки видеоканала при последующей обработке отснятых кадров определяются наиболее вероятные значения следующих параметров: фокусного расстояния F, пиксельных координат оси видеоканала Xc, Yc и коэффициентов дисторсии третьего, пятого и седьмого порядка K3, K5, K7.A method for calibrating the distortion of a video channel containing an interconnected lens and a matrix image receiver, including determining distortion coefficients, characterized in that the studied video channel is mounted on a rotary support of an optical bench in front of a collimator, in the focal plane of which there is a point aperture illuminated by a light source or a point source light, in a parallel beam of rays between the studied video channel and the collimator lens is placed an air-mirror wedge (VZK), to which forms a fan of equidistant collimated beams with an angular distance between adjacent beams equal to twice the wedge angle, the fan is depicted as a chain of focal spots (DFT) on the image receiver of the video channel, the focal spot corresponding to the beam that is not deflected by the wedge is located near the expected intersection of the optical axis of the lens and the plane the image receiver, by turning the video channel or OPC around the axis, the orientation of the DPC in the frame changes sequentially, several frames are shot for equal Nogo fields of video channel TFV, and then to calibrate the video channel during subsequent processing of captured frames identifies the most probable values of the following parameters: the focal length F, the pixel coordinate axes video channel X c, Y c and distortion of the third coefficients of the fifth and seventh order K 3, K 5 , K 7 .
RU2018107519A 2018-02-28 2018-02-28 Method of high-precision calibration of digital video channel distortion RU2682588C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018107519A RU2682588C1 (en) 2018-02-28 2018-02-28 Method of high-precision calibration of digital video channel distortion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018107519A RU2682588C1 (en) 2018-02-28 2018-02-28 Method of high-precision calibration of digital video channel distortion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682588C1 true RU2682588C1 (en) 2019-03-19

Family

ID=65806066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018107519A RU2682588C1 (en) 2018-02-28 2018-02-28 Method of high-precision calibration of digital video channel distortion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682588C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849592A (en) * 2019-11-15 2020-02-28 南京理工大学 Digital visual field detection system and method for optical equipment with prior judgment
RU2719689C1 (en) * 2019-05-28 2020-04-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Self-identifying flat calibration object for measuring means of optical range
RU2769305C1 (en) * 2021-06-09 2022-03-30 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Autocollimator
RU2806669C1 (en) * 2023-05-02 2023-11-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Test object for assessing radial and tangential distortion coefficients

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2289111C2 (en) * 2004-02-16 2006-12-10 Курский государственный технический университет Method of adaptive graduation of radial distortion of optical subsystem of technical vision system
RU2321888C1 (en) * 2006-10-16 2008-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Method for calibrating distortion of an optical-electronic device
US20100045700A1 (en) * 2007-01-12 2010-02-25 Total Immersion Device for watching real-time augmented reality and method for implementing said device
US20110134254A1 (en) * 2008-08-13 2011-06-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Measuring and correcting lens distortion in a multispot scanning device
RU2491525C1 (en) * 2012-01-23 2013-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ Method for interferometric control of image quality and distortion of optical systems at operating wavelength

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2289111C2 (en) * 2004-02-16 2006-12-10 Курский государственный технический университет Method of adaptive graduation of radial distortion of optical subsystem of technical vision system
RU2321888C1 (en) * 2006-10-16 2008-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Method for calibrating distortion of an optical-electronic device
US20100045700A1 (en) * 2007-01-12 2010-02-25 Total Immersion Device for watching real-time augmented reality and method for implementing said device
US20110134254A1 (en) * 2008-08-13 2011-06-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Measuring and correcting lens distortion in a multispot scanning device
RU2491525C1 (en) * 2012-01-23 2013-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ Method for interferometric control of image quality and distortion of optical systems at operating wavelength

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2719689C1 (en) * 2019-05-28 2020-04-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Self-identifying flat calibration object for measuring means of optical range
CN110849592A (en) * 2019-11-15 2020-02-28 南京理工大学 Digital visual field detection system and method for optical equipment with prior judgment
CN110849592B (en) * 2019-11-15 2021-06-08 南京理工大学 Digital visual field detection system and method for optical equipment with prior judgment
RU2769305C1 (en) * 2021-06-09 2022-03-30 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Autocollimator
RU2806669C1 (en) * 2023-05-02 2023-11-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Test object for assessing radial and tangential distortion coefficients

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108332708B (en) Automatic detection system and detection method for laser level meter
EP2369319B1 (en) Aspheric object measuring method and apparatus
CN107121095B (en) A kind of method and device of precise measurement super-large curvature radius
RU2682588C1 (en) Method of high-precision calibration of digital video channel distortion
JP2015045635A (en) Wavefront measurement method, shape measurement method, method of manufacturing optical element, method of manufacturing optical device, program, and wavefront measurement device
CN104697464B (en) The interference detection method of large-caliber convex aspheric surface speculum based on offset lens
CN101922932B (en) Compensating device of pyramid prism coordinate measuring error
JP4786923B2 (en) Conversion coefficient calibration method and apparatus for fringe measurement apparatus, and fringe measurement apparatus provided with the conversion coefficient calibration apparatus
CN109238659A (en) A kind of focal length of lens measurement technology and device based on experiment ray tracing principle
CN105737759B (en) A kind of long-range profile measuring device
RU2635336C2 (en) Method of calibrating optical-electronic device and device for its implementation
CN103134443B (en) Large-caliber large-diameter-thickness ratio reflector surface shape auto-collimation detection device and method
JP4340625B2 (en) Optical inspection method and apparatus
CN107764518B (en) A kind of optical lens focal length measuring equipment and method
KR20110065365A (en) Method and apparatus for measuring aspherical body
EP2577266B1 (en) Apparatus and method for compensating for sample misalignment
TW200819706A (en) Interferometer angle sensitivity calibration method
CN107305119A (en) The scaling method and test platform of a kind of inclining test for the long optical flat of standard
Andreeva et al. Estimation of metrological characteristics of a high-precision digital autocollimator using an angle encoder
JP6139950B2 (en) Measuring device, measuring method and original device
JP3833713B2 (en) Fringe deflectometry apparatus and method
RU2329475C1 (en) Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments
JP2001227929A (en) Angle measuring method and apparatus
JP3599921B2 (en) Method and apparatus for measuring refractive index distribution
Wyant 1.0 measurement of paraxial properties of optical systems