Bildkorrektur

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Bildkorrektur hat das Ziel, Verzeichungen und verfälschte Farben im Bild, die durch die Linsensystem hervorgerufen werden, zu entfernen und stellt somit eine wesentliche Bildbearbeitungfunktion dar. Das gleiche Objektiv führt abhängig von Einstellung zu unterschiedlichen Verzeichnungen. Daher ist es essentiell diese zu kennen. Wenn Sie ein Schachbrett photographieren, um diese Parameter zu berechnen, müssen Sie daher darauf achten, dass Sie die gleichen Einstellung (Brennweite und Entfernung) benutzen, die Sie auch später für die abschließenden Aufnahmen im Feld verwenden. Für kleine Objekte, wie Gemälde können so sehr genaue Ergebnisse erzielt werden, da Sie das Schachbrett mit den gleichen Einstellungen wie vor Ort photographieren können. Im Gegensatz dazu kann die Kalibration der Einstellungen für große Objekte nur eine Annäherung sein. Für die präsize photogrammetrische Kalibration müssen Sie eine Aufnahmereihe an einem Gebäude und anschließende Bündelausgleichung der Bilder mit bekannten Passpunkten durchführen. Diese Möglichkeit bietet Ihnen die metigo® 3D-Software an.

Bildverzeichnungen

Jede Linse verzeichnet ein Bild zu einem gewissen Teil. Die Abbildungsfehler umfassen chromatische Aberration, Lichtabfall, tonnen- oder kissenförmige Verzeichnung. Die Bestimmung der Art und des Grades der Verzeichnung eines Kameraobjektives ist wichtig.

Radiale Verzeichnung

Die radiale Verzeichnung ist der geometrische Abbildungsfehler eines optischen Systems. Dieser verursacht eine Veränderung des Abbildungsmaßstabs mit zunehmendem Abstand von der optische Achse innerhalb eines Linsensystems. Man unterscheidet zwischen:

  • kissenförmige Verzeichnung
    Linien werden nach innen gebogen, der Abbildungsmaßstab vergrößert sich zum Rand des Bildes.
    (CC-BY-SA)

(CC-BY-SA)

  • tonnenförmige Verzeichnung
    Linien werden nach außen gebogen, der Abbildungsmaßstab verkleinert sich zum Rand des Bildes.
    (CC-BY-SA)
(CC-BY-SA)
  • wellenförmige Verzeichnung
    Mehrlinsensystem können zu einer Kombination von tonnen- und kissenförmiger Verzeich­nung führen.
    (CC-BY-SA)
(CC-BY-SA)

Chromatische Aberration

Die chromatische Aberration hängt von den unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts ab und entsteht dadurch, dass eine Linse nicht in der Lage ist alle Farben im gleichen Punkt zu brechen. Der Grad der chromatischen Aberration ist von der Qualität des Objektivs abhängig und kann durch die Nutzung von Achromaten, bestehend aus Kron- und Flintglas reduziert werden.

Chromatische Aberration bei einer einfachen konvexen Linse (CC-BY-SA)
Chromatische Aberration bei Achromaten bestehend aus Kronglas (hellblau) und Flintglas (blau) (CC-BY-SA).

Lichtabfall

Lichtabfall bezeichnet die Reduzierung der Helligkeit und der Sättigung (Abschattung) zum Rand des Bildes hin. Es ist ein ungewollter Effekt der Kameraeinstellungen (Blendenöffnung) und des Objektivs.

Der Dialog Kameraverwaltung

Bevor Sie eine Bildkorrektur durchführen können, müssen Sie in der zentralen Kameradatei die Eigenschaften der Kamera, die Sie für Ihr Projekt nutzten, anlegen. Die Eigenschaften umfassen den Namen der Kamera und des Objektivs, die Aufnahmeentfernung zum Objekt sowie Parameter der inneren Orientierung, des Sensors und der Verzeichnung. Übungsbeispiele finden Sie im Ordner ...\KARTIERUNG_SCHULUNG\AUSGANGSBILDER\NIKON_D800_ZOOM-KALIBRIERUNG.

Sie haben zwei Möglichkeiten, um die Kameradatei zu öffnen und falls Ihre Kamera noch nicht existiert ihre Eigenschaften einzugeben:

  • Gehen Sie auf Kameraverwaltung über Projekt>Aufnahmeplannung. Wählen Sie hier über das Listenfeld die passende Kamera aus. Falls diese noch nicht existiert, drücken Sie den Knopf Neu... und geben Sie den Namen Ihrer Kamera ein.
  • Alternativ können Sie auch den Menüpunkt Bildkorrektur>Kameraverwaltung aufrufen und fahren Sie fort. Hier können Sie zwischen verschiedenen Option auswählen:
    • Gehen Sie auf Kamera bearbeiten..., um die Kamera aus der Liste auszuwählen.
    • Wenn Ihre Kamera nicht vorhanden ist, gehen Sie auf Kamera anlegen..., geben Sie den Namen Ihrer Kamera und ihre Eigenschaften ein.
    • Wenn Sie bereits eine photogrammetrische Kamerakalibrierung mit metigo® 3D durchgeführt haben, können Sie die Kamera auch hochladen, indem Sie Kamera laden... wählen.
Der Dialog Kameraverwaltung
  1. Haben Sie die Funktion Kamera bearbeiten... gewählt, können Sie in der Liste auf der linken Seite die bereits angelegte Kamera mit dem zugehörigen Objektiv auswählen. Haben Sie die Funktion Kamera anlegen... ausgewählt, steht Ihnen die Auswahlliste der bereits angelegten Kameras nicht zur Verfügung, fahren Sie deshalb sofort mit Schritt 2 fort.
  2. Unter dem Punkt Allgemein benennen Sie Ihre Kamera und Ihr Objekt, geben die Aufnahmeentfernung an, und beschreiben den Typ der verwendeten Kamera und geben den Status der nachfolgenden Angaben an.
  3. Die Innere Orientierung beschreibt die Position des Projektionszentrums bezogen auf die Bildebene durch drei Parameter:
    • ck - Die Kamerakonstante ist die Entfernung des Projektionszentrums zum Lotfußpunkt auf der Bildebene und entspricht der Brennweite ihrer Kamera.
    • Die beiden Parameter xh und yh sind die Koordinaten des Bildhauptpunkts, der Punkt in dem die optische Achse den Bildsensor durchstößt.
  4. Unter dem Stichpunkt Parameter Sensor werden die metrischen Eigenschaften des verwendeten Sensors beschrieben. Hier haben Sie zwei Optionen:
    • entweder können Sie Breite und Höhe des Sensor in [mm] und Pixel eigeben
    • oder Sie wählen den zweiten Radio-Button aus und geben die Größe eines Sensorelements (Pixel) in {mm] an.
  5. Drücken Sie den Schalter Übernehmen, um die Parameter ihrer jetzigen Kamera festzulegen.
  • Über Bildkorrektur>Kameraverwaltung>Pfad zentrale Kameradatei... haben Sie die Möglichkeit den Pfad zu bestimmen, in dem sich die zentrale Kameradatei befindet und alle Kameradaten gespeichert werden oder brechen Sie ab.
  1. Sofern Sie eine mit Hilfe der Bündelausgleichung kalibrierte Kamera geladen haben, werden in den Feldern unter Verzeichnung die berechneten Korrekturparameter eingetragen.

Merke Merke: Siehe hierzu auch den Abschnitt Kameraverwaltung im Artikel Aufnahmeplanung.

Sie können die Kameradaten wie oben beschrieben manuell eingeben oder eine Kameradatei *.KAM oder *.PKM laden. Die Parameter in dieser Datei können über eine Bündelausgleichung mit metigo® 3D bestimmt werden und über die Kamerverwaltung von metigo® MAP eingelesen werden.

Bestimmen der Parameter zur Kamerakorrektur

Sobald Sie Ihre Kamera angelegt haben, legen Sie über den Menüpunkt Bildkorrektur>Parameter für Kamerakorrektur ein Projekt für die Kamerakorrektur an. Sie finden Dateien für die Nikon D800 Kamera im Ordner ...\KARTIERUNG_SCHULUNG\AUSGANGSBILDER\NIKON_D800_ZOOM-CALIBRATION. Für jede Zoomeinstellung müssen Sie eine Kamera, wie im vorigen Abschnitt beschrieben, und ein eigenes Kalibrierungsprojekt anlegen. Merke Merke: Dieser Knoten ist nicht aus einem Kartierungsprojekt heraus erreichbar, Sie müssen ein eventuell geöffnetes Projekt zuvor schliessen.

  1. Zuerst legen Sie die Kamera an und geben die Eigenschaften, Brennweite, die Größe des Sensors und des Bilds , wie oben beschrieben ein.
  2. Wählen Sie dann den Menüpunkt Bildkorrektur>Parameter für Kamerakorrektur>Projekt neu... und der Dialog Neue Kamerakalibrierung öffnet sich. Wählen Sie Ihre Kamera aus der Drop-down-liste aus, weisen Sie dem Kalibrierungsprojekt einen Namen zu und wählen Sie den Pfad in dem Sie das Kalibrierungsprojekt sichern wollen. Wählen Sie den Schalter Übernehmen aus, um fortzufahren.
  3. Das dreigeteilte Fenster Parameter für Kamerakorrektur öffent sich:
  • ein Kalibrierungsbaum auf der linken Seite,
  • ein Auswertefenster in der Mitte,
  • ein Werkzeugfenster auf der rechten Seite.

Wenn Sie auf dem Schalter Eigenschaften drücken, können Sie die Eigenschaften, die Sie zuvor im Kameraverwaltungsdialog eingegeben haben, verwenden.

Das Fenster Parameter für Kamerakorrektur zur Korrektur der Verzeichnung und chromatischer Aberration

Dass Fenster Parameter für Kamerakorrektur auf dem Schachbrettfeld sind Korrekturkoordinaten dargestellt.

Die Parameter der Objektivverzeichnung und der chromatischen Aberration werden gemeinsam berechnet.

  1. Gehen Sie auf den Kalibrierungsbaum auf der linken Seite des Bildschirms und klicken sie mit der rechten Maustaste auf den Knoten Chromatische Aberration. Wählen Sie hier Bild laden... im Kontextmenü aus und laden Sie das Schachbrettbild hoch, dass Sie zuvor mit Ihrer Kamera aufgenommen haben.
  2. Dieses sehen Sie nun in der Mitte, im Auswertefenster.
  3. Über den Schalter Eigenschaften, im Werkzeugfenster rechts oben, können Sie noch einmal die Eigenschaften der Kamera kontrollieren und eventuell Änderungen an den metrischen Daten vornehmen.
  4. Klicken Sie den Schalter Parameter berechnen... im Werkzeugfenster. Die berechneten Parameter für die Entzeichnung und Korrektur der chromatischen Aberration werden jetzt im Kalibrierungsordner Ihrer Kameradatei gesichert.
  5. Klicken Sie den Schalter Parameter anzeigen..., um sich die Details der Korrekturparameter anzeigen zu lassen. Im oberen Abschnitt des sich öffnenden Fensters werden die Korrekturparameter der chromatischen Aberration angezeigt. Die beiden darunterliegenden Abschnitte beinhalten die Korrekturparameter für die Verzeichnung.
  6. Wenn Sie den Schalter Parameter zurücksetzen... anklicken, werden die Parameter wieder auf 0 gesetzt.
  7. Damit Sie die eben durchgeführten Berechnungen zur Entzeichnung Ihrer Bilder verwenden können, drücken Sie den Schalter Parameter in Kameradatei übernehmen.
  8. Wenn Sie den Schalter Kontrollpunkte löschen drücken, werden die gekennzeichneten Residuen aus dem Bild entfernt.
  9. Klicken Sie den Schalter Ergebnis anzeigen, um das entzeichnete Bild zu betrachten.
  10. Klicken Sie das Kontrollkästchen Anzeige Kontrolldaten an, um sich die Kontrolldaten entweder für die Verzeichnung oder für die chromatische Aberration anzeigen zu lassen. Über die folgenden Optionsfelder können Sie steuern, wie und wofür Kontrolldaten angezeigt werden:
    1. Wenn Sie den Radio-Button Verzeichnung im unteren Teil des Werkzeugfensters ausgewählt haben, werden die Residuen der Objektiv- und Kameraverzeichnung visualisiert. Dabei wird folgende Farbcodierung verwendet:
      • Magenta für die Referenzkoordinaten des Schachbretts,
      • Cyan für die Koordinaten nach der ersten Korrektur durch Linien, d.h. die gebogenen Linien werden einfach gestreckt,
      • Gelb für die Koordinaten nach der zweiten Korrektur mit Hilfe des Schachbrettmusters, d.h. es wird neben der Streckung der Linien noch eine Entzerrung auf die innere Ecke des jeweiligen an der äußersten Ecke des Schachbretts gelegenen Schachbrettfeldes durchgeführt, dabei werden alle vollständigen Schachbrettfelder als gleich groß angesehen, und die Koordinaten entsprechend korrigiert.
    2. Haben Sie zusätzlich das Kontrollkästchen Einfärbung nach Restfehler aktiviert, können Sie die Verteilung der Fehler in einem Spektralbereich von blau nach rot beurteilen.
    3. Wählen Sie die Option chromat. Aberration aus und Sie sehen wie sich die grünen Kontrollkreuze beim näher Heranzoomn in jeweils ein rotes, grünes und blaues aufspalten. Die drei Kreuze deuten die Verschiebungen der einzelnen Spektralbereich und damit die Farbfehler von (rot, grün und blau) an.


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Der Dialog zur Bildkorrektur

Objektverzeichnung, Aberration und Lichtabfall

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um Abbildungsfehler zu entfernen. Eine der Varianten ist die Entzeichnung. Mit Hilfe von Stapelverarbeitung können sie diese Bildfehler auf einmal entfernen. Sie öffnen den entsprechenden Dialog zur Bildentzeichnung über das Menü Bildkorrrektur>Bilder korrigieren. Der Dialog Bildkorrektur öffnet sich. Über das Register Aberration / Lichtabfall können Sie verschiedene Einstellungen und Arbeitsschritte festlegen.

  1. Zuerst wählen Sie auf der linken Seite des Dialogs das verzeichnete Bild aus.
  2. Klicken Sie Auswahl hinzufügen, um das ausgewählte Bild als Eingabedatei hinzuzufügen. Sie können auch alle benötigten Bilder auf einmal hinzufügen und die Verzeichnung gleichzeitig entfernen.
  3. Zwischen der Anzeige der Quelldatei und der Eingabedatei befindet sich ein Vorschaufenster, in dem das ausgewählte Bild angezeigt wird.
  4. Im mittleren Teil des Dialogs können Sie den Namen der Ergebnisdatei und den Zielordner festlegen.
  5. Bestimmen Sie die Drehung der Kamera, falls Sie das Bild im Hochformat aufgenommen haben.
  6. Gehen Sie auf die Registerkarte Aberration / Lichtabfall und wählen Sie die Kamera in der Drop-Down-Liste aus. Darunter finden Sie die berechneten Parameter der Bildkorrektur. Klicken Sie ein Kontrollkästchen rechts neben der Auflistung der Parameter an und wählen Sie aus, was korrigiert werden soll (chromatische Aberration, Radiale Verzeichnung oder Lichtabfall).
  7. Wenn Sie den Schalter Start Corrections wählen, beginnt die Verzeichnung der ausgewählten Bilder mit der gewählten Kamera.

Ändern der Skalierung, Drehung und Konvertierung von Bildern

Übungsdateien

../KARTIERUNG-SCHULUNG/AUSGANGSBILDER/NIKON_D800_ZOOM-KALIBRIERUNG.