2. Kameran kalibroinnista

Edelliseen kappaleeseen .
Seuraavaan kappaleeseen .
Sisällysluetteloon.

2.1 Kontrollipistejärjestelmästä mittaaminen

Kalibrointia varten on kehitetty erityinen kontrollipistejärjestelmä (Kuva 3). Alumiinialustalla on kaksi eri tasoa (z = 0 mm ja z = 120 mm) ja kullakin on seitsemän kontrollipistettä (y = 0 mm, ±125 mm, ±225 mm ja ±325 mm). Tasot voidaan asettaa sivuttaissuunnassa kolmeen eri asemaan (x = 0 mm ja x = ±200 mm). Mitat on valittu erityisesti silmälläpitäen ihmisen selän mittaamista.

Periaatteessa tarvitaan 12 videokuvaa kontrollipistejärjestelmästä. Tasot voidaan asettaa kuudella eri tavalla ja kustakin asennosta tarvitaan kaksi kuvaa: projektorin ollessa päällä ja kun se ei ole päällä. Kun projektori ei ole päällä, voidaan kamera kalibroida kuudelta kuvalta. Lopuilta kuudelta kuvalta, joissa projektori on päällä, on tarkoitus kerätä lisätietoja projektorisysteemistä (viite 5, Hierholzer, 1994).

Koko mittauksen aikana on tärkeätä, että kontrollipistejärjestelmä ei liiku kameran tai projektorin suhteen. Kontrollipisteiden tarkkuus on arvioitu olevan parempi kuin 0.03 mm (viite 5, Hierholzer, 1994).

2.2 Kuvankäsittely

Kontrollipisteiden kuvakoordinaatit määritetään kuvista, joissa projektori ei ole päällä. Näiltä kuvilta tunnistetaan karkeasti kontrollipisteet, joko interaktiivisesti kursorin avulla tai automaattisesti sopivalla algoritmilla.

Tarkka kontrollipisteiden sijainti saadaan irroittamalla sopivan kokoinen alue kunkin pisteen ympäriltä ja kohdistamalla siihen yleisiä kuvankäsittelyalgoritmeja kuten erosiota tai dilataatiota, jotka irrottavat mustat alueet kuvasta. Nyt varmistetaan, että irroitettu kuvio on ympyrän muotoinen. Jos ympyrä löytyy, niin lasketaan sen keskipisteen kuvakoordinaatit (viite 4, Hierholzer, Frobin, 1989). Prosessi lasketaan kaikille kontrollitasoasennoille, jolloin saadaan 42 kuvakoordinaattiparia (). Jos tunnetaan tarkasti pikseliväli, todellisten kuvakoordinaattien laskeminen on yksinkertaista. Muussa tapauksessa x:n ja y:n pikseliväli on hankittava lisäparametreista tai laskettava erikseen. Erityisen tärkeää on saada tietää x:n ja y:n pikselivälien suhde , koska muutoksilla kameravakiossa c voidaan kompensoida mittaviheitä (viite 1, El-Hakim, Burner, Real, 1989).

2.3 Kontrollipistekuvien laskeminen projektorissa

Kontrollipisteiden laskemiseen projektorissa käytetään kuutta otettua kuvaa, joissa projektori on päällä. Vaikka pisteet kuvataan projektorin objektiivin kautta rasterikuultokuvatasolle, niitä ei voi mitata sieltä. Kuitenkin niiden koordinaatit voidaan epäsuorasti määrittää kamerakuvalta mittaamalla. (viite 5, Hierholzer, 1994) Menetelmä perustuu rasteriviivojen välisiin interpolointeihin (kuten kuvassa 5 i:n ja (i+1):n välillä). Rasteriviivat on heijastettu kontrollitasoille kontrollipisteiden ympärille (kuva 2.).

Rasteriviivat kamerakuvalta mitataan ja tunnistetaan järjestysluvun perusteella erikseen jokaisesta kuudesta eri kontrollitasojen asennoista. Rasteriaineistoon sovitetaan suoria viivoja, joita kamerakuvakoordinaateissa () kuvataan yhtälöllä

(1)

on etäisyys (kuva 6) ja on kulmakerroin ja molemmat riippuvat kyseessä olevan viivan numerosta i. Kontrollipistekuvien koordinaatit () projektorikuvatasolla voidaan nyt laskea kamerakuvakoordinaateista. Yhteys koordinaatistojen välille muodostuu kahdesta peräkkäisestä projektiosta: viivojen projisoinnista kontrollitasoille ja sieltä kameraan. (viite 5, Hierholzer, 1994)

Rasterikuultokuvalla rasteriviivojen etäisyydet origosta saadaan yhtälöstä

(2)

jossa g on rasterikuultokuvan hilavakio ja on i:nnen rasteriviivan pystykoordinaatti projektorikoordinaatistossa. Vaaka-akselin oletetaan olevan rasteriviivojen suuntainen. (viite 5, Hierholzer, 1994) Rasterikuultokuva on positiivinen, jos vaalealla pohjalla on tummat viivat, ja negatiivinen, kun tummalla pohjalla on vaaleat viivat (viite 4, Hierholzer, Frobin, 1989).

Lineaarisella muunnoksella saadaan:

(3)

Koska voidaan laskea videokuvalta yhtälöllä (1) ja tunnetaan rasterkuultokuvalta, tuntemattomat A, B ja C voidaan sovittaa pienimmän neliösumman periaatteella. Molemmille kontrollitasoille lasketaan omat ratkaisut.

Ratkaistaan yhtälö (3) :n suhteen

(4)

Näin ollaan saatu vaadittu projektorikuvakoordinaatti kontrollipisteelle, josta tunnettiin kamerakuvatasolta.

Rasterifotogrammetriassa yleensä pyritään orientoimaan rasteriviivat, sekä ja stereokannan suuntaisesti, koska silloin pätee:

(5)

Jos järjestely on erilainen, :tä ei voida määritellä. Standardigeometrisessä rasterifotogrammetriassa vakio määritellään

(6)

eli projektorivakion ja kameravakion suhteella.(viite 5, Hierholzer, 1994)

Menetelmä :n laskemiseksi on varsin hyvä, koska siinä saadaan käytetään koko viivaa ja tarkkaa projektiota yhtälöstä (3), eikä jouduta tyytymään paikalliseen lineaariseen interpolaatioon viivojen i ja i+1 välillä (kuva 4). Haittana on, varsinkin projektorin kohdalla, että säteittäistä linssivirhettä on vaikea ottaa huomioon. (viite 5, Hierholzer, 1994)