CC BY
353
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФОТОАППАРАТА ПО НАКЛОННЫМ СНИМКАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИАЛЬНЫХ МИР
Вячеслав Николаевич Никитин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА, тел. +7-913-712-37-50, e-mail: vslav.nikitin@gmail.com
Андрей Владимирович Семенцов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА, тел. +7-960-779-06-79, e-mail: andsemencov@mail.ru
При решении фотограмметрических задач по цифровым снимкам важно знать их разрешение, так как от разрешения снимков зависит точность выполняемых измерений.
В работе предложена методика, расширяющая возможности применения радиальных мир для определения разрешения и приведены результаты исследования двух цифровых фотоаппаратов разных классов.
Ключевые слова: разрешающая способность, радиальная мира, кружок нерезкости.
DEFINITION OF RESOLUTION OF THE CAMERA FOR OBLIQUE IMAGES USING RADIAL TEST TARGETS
Vyacheslav N. Nikitin
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Assoc. Prof. of department of photogrammetry and remote sensing SSGA, tel. +7-913-712-37-50, e-mail: vslav.nikitin@gmail.com
Andrey V. Sementsov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., a postgraduate student of department of photogrammetry and remote sensing SSGA, tel. +7-960-779-06-79, e-mail: andsemencov@mail.ru
When solving photogrammetric problems for digital images is important to know their resolution, since the accuracy of the measurements depends on the resolution of the image.
In the article proposed a method for extending the capabilities of the radial test target for determining the resolution and the results of investigation for two digital cameras of different classes.
Key words: resolution, radial test target, circle of confusion.
В настоящее время цифровые фотоаппараты широко применяются в аэрофотосъёмке, наземной съёмке, в различных областях фотограмметрии и дистанционного зондирования.
Для решения поставленных задач важно знать реальное разрешение полученных снимков для выполнения точных измерений по ним. Разрешение
снимков складывается из разрешения объектива и разрешения светочувствительной матрицы.
Разрешающая способность объектива - это способность создавать раздельные изображения двух близко расположенных точек объекта. Её оценивают по наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором их видимые изображения еще не сливаются.
Разрешение матриц — основного элемента фотосенсора - зависит от их типа, площади и плотности фоточувствительных элементов на единицу поверхности. Оно нелинейно зависит от светочувствительности матрицы и от способности фотодатчика в зависимости от конкретной технологии его изготовления и применения обеспечивать минимальный уровень шума.
Одним из способов определения разрешающей способности снимка является использование специально создаваемых тест-объектов - мир. Мира служит для количественного определения разрешающей способности и функции передачи модуляции оптических приборов (например, объективов) и светочувствительного элемента (светочувствительной матрицы или плёнки).
Радиальная мира (рис. 1) представляет собой рисунок, образованный тёмными и светлыми секторами круга. Увеличение количества секторов повышает точность измерения разрешения, но приводит к увеличению размера миры.
Рис. 1. Радиальная мира с 12 парами чёрно-белых секторов
Существующие методики определения разрешения по радиальным мирам предполагают, что плоскость миры параллельна плоскости снимка. Однако часто при фотографировании тест-объекта это условие не выполняется, что приводит к неконтролируемому падению точности.
Из-за того, что снимки относительно тест-объекта получаются наклонными, происходит перспективное искажение мир. Визуально это проявляется сжатием изображения миры, как условно показано на рис. 2.
Рис. 2. Условное представление миры на:
а) снимке, параллельном мире; б) наклонном снимке
А
- большой и малый диаметр эллипса миры
миры ’ ^миры
соответственно;
й, й - большой и малый диаметр кружка нерезкости миры соответственно.
Как видно, в данном примере происходит сжатие миры по одной из осей -изображение миры приобретает форму эллипса.
Для идеального случая (рисунок 2.а) разрешающая способность фотоаппарата определяется по формуле:
я = ,
N
где N - число пар штрихов (постоянная миры).
Здесь под термином «кружок нерезкости» понимается центральная зона миры, в которой радиальные штрихи невозможно отделить друг от друга.
Для расчёта разрешающей способности по наклонному изображению миры необходимо учесть коэффициент сжатия:
7 ^миры /,-.4
к = —-----, (2)
(1)
А
миры
Тогда разрешающая способность фотоаппарата вдоль большой и малой оси миры соответственно, составит:
П (3)
Я,
Я
м
кЫ ^ к
N
(4)
Если формулы определения разрешающей способности фотоаппарата по обеим осям (Яб и Ям) перемножить, то можно избавиться от коэффициента сжатия миры:
Яб Ям
п 2 йй
N 2
(5)
Таким образом, разрешающая способность по наклонному изображению миры будет определяться по формуле:
R
1
п dd п
л1 dd . (6)
N2 N
То есть для определения разрешения по наклонной мире достаточно знать постоянную миры и измерить большой и малый радиусы кружка нерезкости в её центре.
Важно отметить, что в настоящее время, в связи широким распространением цифровых фотоаппаратов, изменилась трактовка понятия «линия миры». Пару из черной и белой полос стали считать за две линии, в отличие от ГОСТ 13.1.701-95 «Репрография. Микрография. Тест-объекты для контроля качества микроизображения. Типы. Методы контроля», где линия -это одна чёрная линия, без учёта пробелов между ними, потому в проведённом исследовании постоянная миры удваивалась.
Для проведения исследования использовались два цифровых фотоаппарата разного класса:
а) Любительский фотоаппарат Samsung D860, обладающий матрицей CCD 1/2,5" и разрешением 8,1 млн. эффективных пикселей.
б) Полупрофессиональный фотоаппарат Canon EOS 500D с объективом EFS 18-55 IS и матрицей APS-C CMOS (22,3 х 14,9 мм) с разрешением 15,1 Мп.
В процессе исследований выполнялось фотографирование тест-объекта, содержащего 24 радиальные миры (рис. 3):
Рис. 3. Тест-объект для исследований
Измерения диаметров кружка нерезкости каждой миры проводились в программе MonoSDS (рис. 4).
Рис. 4. Изображение радиальной миры в окне программы MonoSDS
Для фотоаппарата Samsung D860 разрешающая способность по полю снимка менялась в диапазоне от 2,63 до 3,73 пикселей. Среднее значение разрешающей способности составило 3,07 пикслеля.
Для визуализации полученных данных необходимо знать положение мир на снимке (х, у), для чего все миры были замаркированы в программе MonoSDS. Примеры полученных данных представлены в таблице 1:
Таблица 1. Примеры полученных результатов для фотоаппарата Samsung 860
№ миры x У R
1 169 1131 3,009674
5 506 1588 2,854855
24 3043 1595 3,727554
Интерполяция разрешающей способности фотоаппарата по полю снимка производилась в программном продукте ArcGIS в модуле Spatial Analyst с применением сплайн-интерполяции (рис. 5).
Рис. 5. Интерполяция разрешающей способности фотоаппарата Samsung D860
по полю снимка
Интерполяция разрешающей способности фотоаппарата Canon EOS 500D по полю снимка представлена на рисунке 6.
Рис. 6. Интерполяция разрешающей способности фотоаппарата Canon EOS
500D по полю снимка
Разрешающая способность фотоаппарата Canon EOS 500D менялась в диапазоне от 2,30 до 2,86 пикселей. Среднее значение разрешающей способности фотоаппарата составило 2,58 пикселя.
Как и ожидалось, в полученных результатах наилучшие значения разрешающей способности фотоаппаратов находятся в центральной части снимков. Отсутствие систематической ошибки говорит о корректности предложенной методики определения разрешения по наклонным мирам. Следует также отметить, что задачу определения разрешающей способности фотоаппаратов осложняет размытость границ кружка нерезкости миры.
© В.Н. Никитин, А.В. Семенцов, 2012
