Nichtparametrische Vermessung und Kompensation optischer Abbildungsfehler von Kameras

Die optische Projektion realer Szenen auf der Bildfläche der Kamera weist geometrische Abbildungsfehler auf, sog. Verzeichnungen. Diese lassen gerade Linien der Szene im Kamerabild gekrümmt erscheinen. Hersteller von Kameras betreiben teilweise einen hohen Aufwand, verzeichnungsfreie Objektive herzustellen, so dass sich die Qualität der Optik häufig im Preis widerspiegelt. Zumeist werden für die Beschreibung der Verzeichnung parametrische Modelle verwendet. Diese setzen eine gleichförmige Verformung des Bildes voraus. Ist diese Bedingung nicht erfüllt oder das Modell ungeeignet, entstehen Fehler bei der Verzeichnungskompensation. Diese Fehler führen bei der Vermessung realer Szenen mittels Kamerabildern zu Ungenauigkeiten. In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das die individuelle Verzeichnung jedes Kamerabildpunktes sehr genau vermisst. Zu diesem Zweck werden verschiedene zweidimensionale amplitudenmodulierte Sinusoide auf einem Flachbildschirm dargestellt und mit der zu vermessenden Kamera aufgezeichnet. Durch Kombination mehrerer Aufnahmen lassen sich komplexwertige Signale erzeugen, aus deren Phasenverläufen die Verzeichnung berechnet wird. Das gewählte Sinusmuster weist gegenüber anderen nichtparametrischen Ansätzen Vorteile auf: Es ist zum einen durch seine vergleichsweise niedrige Frequenz unanfällig gegenüber Aliasing, das durch die Verwendung örtlich quantisierter Darstellung und Abtastung eines Kalibriersignals provoziert wird. Zudem erlaubt es eine ortskontinuierliche Positionsmessung. Experimentelle Untersuchungen belegen, dass das vorgeschlagene Verfahren klassischer Verzeichnungskompensation überlegen ist. Schätzungen intrinsischer Kameraparameter auf Grundlage von mit ihm rektifizierten Bildern erzielen eine bis zu 75% höhere Genauigkeit. Zusätzlich wird dem Verfahren ein sehr geringer Schätzfehler von einem hundertstel Pixel und darunter nachgewiesen. Umfassende Anwendungsbeispiele stellen zudem unter Beweis, dass das Verfahren flexibel einsetzbar ist, um die Verzeichnung eines Objektivs unter verschiedensten Einstellungen zu vermessen. Damit eignet es sich als Basistechnologie für die qualitätsorientierte Weiterentwicklung der nichtparametrischen Verzeichnungskompensation.