TechTalk: Radiometrische <br>Kalibratie

TechTalk: Radiometrische
Kalibratie

Het werd wel eens tijd voor een technische blog, speciaal voor de Willie Wortels onder ons. Vandaag gaan we het hebben over radiometrische kalibratie, een minder bekende maar erg effectieve techniek voor het verbeteren van de kalibratie van je camera.

Bij het ontwerpen en bouwen van 3D meetinstrumenten, is het belangrijk dat je de juiste camera, lens en belichting voor je systeem uitkiest. Wanneer dit achter de rug is, moet je je bezig gaan houden met de kalibratie van je camera. Kalibratie is noodzakelijk voor nauwkeurige metingen.
Normaliter gebruik je een kalibratieplaat met bekende afmetingen en maak je hier een aantal foto’s van vanuit verschillende aanzichten. Op deze manier kun je een schatting maken van de positie en andere belangrijke waarden (zoals de distortiecoëfficiënten, brandpuntafstanden, pixelgrootte en principal points) van de camera. Na voltooiing van de kalibratie maak je een transformatiematrix om pixels om te zetten in daadwerkelijke coördinaten. Hierbij zal altijd sprake zijn van reprojectie-error, deze wil je zo laag mogelijk houden. De reprojectie-error omschrijft de geometrische afwijking tussen de geprojecteerde en gemeten afbeelding.

Bovenstaande kalibratiemethode neemt aan dat de pixels van de camerasensoren lineair zijn. Dat zou betekenen dat twee keer zo veel energie op de sensor resulteert in twee keer zoveel grijs gebied op de afbeelding. Dit is echter niet het geval. Daarom is radiometrische kalibratie zo handig. Deze techniek helpt bij representatieverbetering van sinusgolven uit de projector, wat resulteert in een verlaging van projectie-error.

Goed, allemaal leuk en aardig, maar hoe gaat dit in z’n werk? Dat is eigenlijk best simpel. Er is hiervoor namelijk een hoop open source en commerciële software (zoals HALCON) te vinden. We zorgen altijd voor een vast diafragma en nemen verschillende foto’s met verschillende sluitertijden (we letten er altijd op dat we geen last hebben van een te korte of lange sluitertijd).
Bij gebruik van een projector kan de sluitertijd worden aangepast om hetzelfde effect te bereiken. Wanneer een vastgestelde ratio tussen verschillende sluitertijden wordt gebruikt, resulteert dit in theorie in lineaire waarden, gezien het feit dat sluitertijd logaritmisch is. Wij kiezen vaak voor een sluitertijd van 0.5 en zorgen er voor dat we de maximale intensiteit van grijze waarden niet overschrijden (normaliter 255). Met een polynominaal model is het mogelijk om de respons te om te keren, zo kunnen we een tabel creëren die compenseert voor elke pixel.

Met radiometrische kalibratie zorgen we dus voor een significante afname van reprojectie-error. We kunnen hiermee zelfs betere coördinaten van de kalibratieplaat verkrijgen, wat resulteert in nóg meer afname van error; vaak met factor 2! Je kunt je dus wel voorstellen dat radiometrische kalibratie een gemakkelijke en effectieve manier is voor de kalibratie van de gescande objecten in onze val-IT Flex. Nieuwsgierig geworden? Voel je vrij om onze collega Anouar (amanders@senseit.nl) te bestoken met je vragen.