بخشی از مقاله
چکیده :
کالیبراسیون دقیق بخش مهمی از عملیات فتوگرامتری است. عوامل زیادی در دقت نهایی کالیبراسیون نقش ایفا میکنند که از جملهی این عوامل میتوان به زاویه عکسبرداری، تعداد نقاط هدف روی تستفیلد و شکل تستفیلد اشاره کرد. یکی از عواملی که دقت به سزایی در دقت نهایی کالیبراسیون داراست تعداد و پراکندگی طولهای کنترل روی سطح تستفیلد می باشد. سوالی که در این مورد مطرح است این است که تعداد و پراکندگی طولهای کنترل تا چه حد میتواند در دقت نهایی کالیبراسیون موثر باشد؟
نحوهی پوشش سطح و عمق توسط این طولهای کنترل چگونه باشد تا به دقت بهینه برسیم؟ این موارد برای هر دو نوع تستفیلد مسطح و فضایی مطرح است. در این مقاله این موضوع توسط یک تستفیلد مسطح و یک تست فیلد فضایی مورد ارزیابی قرار گرفته است. دقت برای هر حالت از مقایسه مختصات کنترلشده با مختصات نتیجه گرفته شده برای تمام نقاط هدف به دست آمده است.
نتایج این پژوهش نشان میدهد که در حالت مسطحاتی در نظر گرفتن چند طول بزرگ در حالتهای افقی، عمودی و قطری به همراه طولهای کوچک پراکنده در سطح تستفیلد بهترین دقت را برای پروژه به همراه داشته است.خطا در این حالت نسبت به بهترین حالت موارد آزمایشی دیگر تقریبا نصف شده است که نشان میدهد دقت نسبت به سایر حالات کاملا بهینه است. همچنین در تستفیلد فضایی پوشش بیشتر عمقها و سطوح ، دقت حاصلهی بهتری را نتیجه داده است. در حالت پوشش کامل عمق خطا 2/219 میلیمتر و در حالت پوشش کامل سطح 3/1519 میلیمتر بوده است که بهترین دقت برای موارد آزمایشی بوده است. ×
-1 مقدمه
امروزه دوربین های دیجیتال به دلیل مزیتهای زیادی که دارند در کاربردهای گستردهای مورد استفاده قرار میگیرند. از جمله مزیت های دوربین های دیجیتال می توان به امکان ذخیره تصاویر، قابلیت حمل و نقل آسان و امکان پردازش سریع داده اشاره کرد. یکی از کاربردهای مهم این نوع دوربینها در زمینه فتوگرامتری برد کوتاه است. در فتوگرامتری برد کوتاه برای کاربردهای مختلف صنعتی، مهندسی و ... از این دوربین ها استفاده می شود. استفاده از دوربینهای دیجیتال برای کاربردهای فتوگرامتری برد کوتاه نیازمند اطلاع از هندسه داخلی دوربین و میزان استحکام این هندسه است.
برای مطلع شدن از این موضوع دوربینها باید به دقت کالیبره شوند. کالیبراسیون مطابقت با استانداردها را تعیین می کند، در واقع پارامترهای دوربین را در مقایسه با استانداردهای ارائهشده برای دوربین میسنجد. تعریف دیگری که برای کالیبراسیون در ایزو 10012 آمده است به این صورت است که: کالیبراسیون کردن یک دستگاه مجموعه عملیاتی است که تحت شرایط مشخصی برقرار میشود و رابطه بین مقادیر نشان داده شده توسط دستگاه و مقادیر متناظر آن کمیت توسط استاندارد مرجع را مشخص می نماید. برای انجام کالیبراسیون الگوریتم های مختلفی ارائه شده است که مبتنی بر انجام اندازه گیری بر روی جسم است 1]و.[2 با توجه به امکانات در دسترس و هم چنین دقت مورد نظر میتوان روشهای مختلفی را برای کالیبرسیون به کار برد.
دو روش عمده برای انجام عملیات کالیبراسیون
روش های مختلف کالیبراسیون دوربین به دو روش عمده پیش کالیبراسیون و کالیبراسیون در ضمن انجام عملیات تقسیم بندی میشود. در حالت پیشکالیبراسیون عملیات کالیبراسیون قبل از شروع پروژه و عملیات تصویربرداری و در فضای آزمایشگاهی انجام می پذیرد. ولی در حالت کالیبراسیون ضمنی پارامترهای دوربین پس از انجام تصویربرداری و حین محاسبات به همراه سایر پارامترها محاسبه می گردد. کالیبراسیون ضمنی در سال 1971 میلادی به روش سرشکنی دسته اشعه توسعه پیدا کرد و در سال 1986 میلادی به عنوان روش استاندارد در فتوگرامتری مطرح شد3]و.[4 در پیشکالیبراسیون همواره نیازمند یک تستفیلد با تعدادی نقطه هدف هستیم. بهمنظور کالیبراسیون دوربین از این تستفیلد عکسبرداری میشود و عملیات کالیبراسیون در نرمافزارهای مرتبط نظیر استرالیس انجام میپذیرد.
عوامل موثر بر دقت نهایی در روش پیشکالیبراسیون
عوامل زیادی در دقت نهایی کالیبراسیون نقش ایفا می کنند یکی از مهمترین عوامل در استخراج دقیق پارامترهای کالیبراسیون دوربین ها، طراحی مناسب شبکه تصویربرداری از میدان آزمون است. هرچه هندسه شبکه تصویربرداری قوی تر باشد، دقت بهتری از نتایج کالیبراسیون حاصل می شود5]و. [6 از دیگر عوامل موثر در دقت کالیبراسیون می توان به فاصله دوربین تا تست فیلد در هنگام تصویر برداری، تعداد و نحوه ی توزیع طول های کنترل بر روی سطح تست فیلد و تعداد و پراکندگی نقاط هدف اشاره نمود. در این تحقیق هدف بررسی تاثیر تعداد و پراکندگی طولهای کنترل بر دو نوع تست فیلد مسطح و فضایی میباشد.
ساختار مقاله
این مقاله از شش بخش تشکیل شده است :
در بخش اول با عنوان مقدمه مفاهیم اساسی نظیر کالیبراسیون دوربین مختصرا شرح داده شده است و هم چنین روشهای مختلف انجام کالیبراسیون و عوامل موثر بر دقت به عنوان مقدمه پروژه آورده شده است.
در بخش دوم با عنوان تجهیزات و نرمافزارهای مورد استفاده در پروژه ، به بررسی نحوه به کارگیری و ساخت تست فیلدها و هم چنین معرفی نرم افزار مورد استفاده در پروژه پرداخته شده است.
بخش سوم مقاله شامل نحوهی تصویربرداری از دو تستفیلد فضایی و مسطح است که در شکل - 2 - نمایش داده شده است.
در بخش چهارم که بخش اصلی کار محسوب میگردد ابتدا به تعریف معیاری برای سنجش دقت در موارد آزمایشی مختلف پرداخته شده است، سپس برای دو حالت تست فیلد مسطح و فضایی موارد آزمایشی توضیح داده شده و نتایج در نمودارهای 1 - و - 2 نمایش داده شده است.
بخش پنجم شامل نتیجه گیری کلی از پروژه است و این نتیجه با در نظر گرفتن همه ی موارد آزمایشی در دو حالت بیان شده است.
در بخش پایانی منابعی که در این مقاله از آنها به عنوان مرجع استفاده شده نوشته شده است.
-2تجهیزات و نرمافزار مورد استفاده در پروژه
در اولین گام نیازمند به یک تست فیلد متناسب با اهداف پروژه خواهیم بود. هدف پروژه بررسی تاثیر تعداد و پراکندگی طول های کنترل بر دقت نهایی کالیبراسیون با در نظر گرفتن تستفیلد در دو حالت مسطح و فضایی است، که هر دو حالت به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است.
تست فیلد مسطح ساختار ثابتی دارد. تا حد امکان سعی شده تا پراکندگی نقاط هدف در آن رعایت شود تا امکان بررسی حالت های مختلف در نظر گرفتن طول ها به عنوان طول کنترل در آن مهیا شود. در تستفیلد فضایی شرایط کمی پیچیده تر است. طراحی تستفیلد فضایی طوری صورت گرفته که تستفیلد از 8 سطح مختلف تشکیل شود و تا حد امکان عمق های مختلف را پوشش دهد تا این امکان را فراهم کند که بتوانیم حالات مختلف را برای طول های کنترل پیاده سازی کرده و دقت را برآورد نماییم و همچنین با پوشش همهجانبهی سطوح و عمق تست فیلد به دقت ارتفاعی بهتری دست خواهیم یافت. در مرحلهی بعد باید نقاط هدف را که همان نقاطی هستند که توسط نرم افزار قابلیت شناسایی دارند بر روی تست فیلد نصب نماییم. این نقاط دایره هایی با شعاع معلوم هستند که شعاع آن ها متناسب با فاصله دوربین تا تست فیلد در هنگام تصویر برداری تعیین می گردد. تعداد این نقاط نیز می تواند نقش تاثیر گذاری در دقت کالیبراسیون داشته باشد به همین دلیل تا جای ممکن از تعداد بالایی از این نقاط بر روی تستفیلدهای در نظر گرفته شده استفاده شده است.
برای تصویربرداری از تست فیلدهای فضایی و مسطح از دو دوربین دیجیتال مختلف استفاده شده است. پس از طراحی شبکه عکسبرداری و انجام عملیات عکسبرداری برای پردازش اطلاعات به دست آمده نیاز به نرم افزارهای مخصوص کالیبراسیون داریم. در این پروژه از نرمافزار استرالیس به منظور انجام عملیات کالیبراسیون استفاده شده است. پس از پردازش در نرم افزار استرالیس پارامترهای کالیبراسیون برای هر دوربین به دست میآید که از این پارامترها بهعنوان مقادیر اولیه برای یا مقادیر ثابت دوربین در پروژههای فتوگرامتری نظیر مدلسازی سه بعدی استفاده میگردد.
1-2 تست فیلدها
1-1-2 تست فیلد مسطح
ابعاد تست فیلد مسطح 120*120 سانتی متر است و دارای 35 نقطه هدف می باشد و همانطور که پیش تر اشاره شد سعی بر این بوده است که پراکندگی نقاط روی تست فیلد به گونه ای باشد که امکان موارد آزمایشی گوناگونی را فراهم سازد. شعاع دایرههای هدف نصب شده بر روی این تستفیلد 5 میلیمتر بوده است.
2-1-2 تست فیلد فضایی
جنس تست فیلد فضایی از چوب است، از 194 نقطه هدف تشکیل شده است و دارای 8 سطح مختلف می باشد. زوایای بین سطوح به هم پیوسته 225 و 135درجه در نظر گرفته شده است. ابعاد سطح زیرین تستفیلد 30*90 سانتی متر در نظر گرفته شده و ارتفاع تست فیلد 60 سانتی متر است. سطوح 8گانه A - تا - H در شکل - - 1 مشخص گردیده است. فاصله قائم بین سطح B و D و هم چنین فاصله قائم بین سطوح D و F حدود 20 سانتی متر است . شعاع دایره های هدف نصب شده بر روی این تستفیلد 2 میلیمتر بوده است.
