УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ДАЛЬНОМЕРА НА ОСНОВЕ СТЕРЕОИЗОБРАЖЕНИЙ

Широкое использование цифровой фотосъемки обусловило значительный прогресс в развитии теории и методов восстановления трехмерной картины пространства по двумерным цифровым изображениям. Для решения задачи повышения точности измерений таких систем необходимо учитывать влияние ряда дестабилизирующих факторов. Целью данной работы являлась разработка методики учета и компенсации влияния дестабилизирующих факторов, таких как отклонение от горизонтальной линии положения камер стереопары, непараллельность оптических осей объективов, взаимный наклон фотоприемных матриц и искажения оптической системы стереокамеры для повышения точности измерений дальномера на основе корреляционного анализа стереоизображения.

Разработано программное приложение для анализа оптических искажений серийно выпускаемых объективов, позволяющее наглядно показать характер искажений и определить коэффициенты полинома, компенсирующего оптические искажения. Получено, что для стереофотокамеры Fujifilm FinePix Real 3D дисторсия цифрового изображения достигает величины ±20–35 пикселей на краях фотоприемной матрицы и неодинакова для первого и второго объективов. Различие в значениях оптических искажений обусловлены неодинаковым наклоном фотоприемной матрицы к оптической оси объектива. Экспериментально определенны полиномы, компенсирующие искажения оптической системы первого и второго объективов стереокамеры.

Получено выражение для расчета дальности до объекта по стереоизображению с учетом компенсации оптических искажений. Показано, что для повышения точности измерения расстояний определяющим фактором является не абсолютное значение дисторсии объективов, а разность вносимых оптических искажений объективов стереокамеры в зависимости от разности координат измеряемого объекта на фотоприемных матрицах. Экспериментальные исследования разработанной методики компенсации искажений показали уменьшение абсолютной погрешности измерений более чем на порядок при измерениях на расстояниях до 100 м. 

1. Шапиро, Л. Компьютерное зрение / Л. Шапиро, Д. Стокман. – М. : БИНОМ, 2006. – С. 752.

2. Золотухин, Д.А. Реконструкция и фильтрация трехмерной формы микрообъекта по стереопаре изображений с параллельной проекцией / Д.А. Золотухин, И.В. Сафонов, К.А. Крыжановский // Механика, управление и информатика. – 2012. – Т. 9, № 9. – С. 174–179.

3. Форсайт, Д. Компьютерное зрение. Современный подход / Д. Форсайт, Ж. Понс. – М. : Вильямс, 2004. – 928 с.

4. Hartley, R.I. Theory and practice of projective rectification / R.I. Hartley // International Journal of Computer Vision. – 1999. – Vol. 35, no. 2. – P. 115–127.

5. Zhang, Z. Camera calibration with lens distortion from low-rank textures / Z. Zhang, Y. Matsushita, Y. Ma // Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2011 IEEE Conference. – 2011. – P. 2321–2328.

6. Alemán-Flores, M. Automatic Lens Distortion Correction Using One-Parameter Division Models / M. AlemánFlores, L. Alvarez, L. Gomez, D. Santana-Cedres // Image Processing On Line. – 2014. – Vol. 4. – P. 327–343. doi: 10.1007/s10851-012-0342-2.

7. Бугаенко, Е.И. Способ автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии на цифровых изображениях / Е.И. Бугаенко, М.И. Труфанов // Изв. вузов. Приборостроение. – 2008. – Т. 51, № 2. – С. 16–22.

8. Способ измерения расстояний на цифровой фотокамере: патент № 2485443 Российской Федерации / В.Л. Козлов. – 2013. – Бюл. № 17.

9. Способ определения расстояния до объекта посредством цифровой фотокамеры: патент № 18666 Республика Беларусь / В. Л. Козлов. – 2014. – № 5. – С. 95.

10. Titov, D.V. Correction Device of Distortion / D.V. Titov, T.A. Shirabakina // Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems. Proc. 5th Int. Conf. Spain. – 2007. – P. 122–124.

11. Кунина, И.А. Слепая компенсация радиальной дисторсии на одиночном изображении с использованием быстрого преобразования Хафа / И.А. Кунина, С.А. Гладилин, Д.П. Николаев // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 3. – С. 395–403.

12. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М. : Техносфера, 2005. – 1072 с.