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GB15084&ISO16505 汽车摄像头测试标准 - 【畸变】
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    • 2021-07-05
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1概述


畸变是与理想情况的偏差量,畸变的定义取决于理想情况的认定。出于实际的,下文描述了畸变的两个主要定义,即关于rectilinear投影的(或像高)TV畸变和径向几何畸变。“TV畸变”是一个参考单一值,被广泛用于显示在TV系统上可以观察到的曲率,而“几何畸变”则是根据图像的径向高度或入射角给出的一个变量函数,它给出了更精确的系统局部物理特征。


注意本文中,用小写字母“h”表示的“图像径向高度”是指从图像中心到径向方向的图像距离,应与大写字母“H”表示的“像高”区分开来。


2 TV畸变


TV畸变是一个单点比率,用于表示矩形图像区域最外长线的曲率值。如果显示器以水平方向上更宽的全景视图布局放置,该值则为最外层水平线在其拐角处正交垂直方向的曲率偏差量。

“TV畸变”,[或同样称为“像高畸变”]

image.png 

其中

H 是显示在显示器上的图像水平中垂线处从底部到图像顶部像高,

ΔH 是在对角处的图像的垂直偏差


如果显示器以垂直方向较宽的纵向视图放置,则将其测量为正交水平方向上最外层垂直线在拐角处的曲率偏差量,并且可测量值相当于在90度旋转条件下进行评估。


桶形畸变为负,枕形畸变为正。因此,TV畸变是一个单一的代表值,显示出明显的畸变量。除非另有说明,TV畸变是指在评估如图1所示的全景布局时,较长尺寸角点朝向垂直方向的弯曲/偏差量。


请注意,该值受显示的视场大小的影响,因此应结合显示的视场、纵横比或放大纵横比来考虑。由于CMS功能显示区的输出图像格式不局限于确定的4:3或16:9横纵比的传统电视系统中,因此在上面测量的TV畸变值应明确提及测量的宽高比。除非明确说明,应在横纵比为4:3的角点上测量给出畸变,并报告图像的相应测量点。

image.png 

说明:

1 CMS显示器实际的图像显示区域

2 目标空间中场景矩形区域的投影,其线是显示且内切于CMS显示器1上的有畸变的最外层连续线,

3 场景rectilinear投影中的理想图像,其在显示器上的实际投影图像与显示器最外边界线相切(见第2行)

4 图像中心

5 H:显示器上输出图像垂直的图像水平中心的高度

6 ΔH:图像最外连续线的垂直偏差(在2号线和1号线的角点之间)

7 hideal:rectilinear投影理想图像径向高度与(距离光学中心轴)

8 hmonitor:显示器上畸变的实际图像径向高度

9 Δh:图像径向高度与理想rectilinear投影的偏差


1—桶型畸变最外边界线以及理想rectilinear线


image.png 

说明:

1 显示器实际图像显示区域

2 嵌在显示器矩形最外面四个角点内的矩形场景的投影图像(见第11点)

3 无畸变显示时内接矩形场景2的理想图像

4 在点9和点10处与显示器最外边的矩形区域相切的显示器上的假想投影图像(在CMS显示图像中,这些线是不可见的,因为这些线在显示器图像区域1之外被扭曲了)。

5 图像中心

6 H:显示器上输出图像垂直的图像水平中心的高度

7 ΔH1:在点9处与显示器最外边界线相切的目标场景最外水平线垂直偏量(这个点在CMS输出图像中不可见,因此仅当光学中间像可用时才可测量)

8 ΔH2: 水平线穿过图像角点11的场景的垂直偏量

9 显示器最外水平边界线与最外水平线的切点,唯一能在CMS显示器内观察到的点。

10 显示器最外垂直边界线与最外垂直线的切点,唯一能在CMS显示器内观察到的点。

11 显示器角点以及内切矩形交点

12 由线4描绘的矩形虚构边界线的交点

图2—畸变(枕形畸变线和测量点)


对于枕形TV畸变,传统上,通过从设计数据或光学测量中分别获得ΔH1,畸变定义如下式所示:

TVDistortion=ΔH1/H*100%


使用这种定义是因为阴极射线管上的输出显示图像可能会显示枕形畸变。然而,CMS中的TV畸变需要用一种自洽的方式来测量,即使用显示器上显示的捕获图像,这在当今大多数平板显示器(FPD)中为绝对矩形。在显示枕形畸变的光学系统中,无法在显示器有效区域上直接观察到ΔH1。因此,枕形TV畸变计算如下:

TVDistortion=ΔH2/H*100%

其中

H为水平中心的像高


3径向几何畸变


径向几何畸变是指与理想rectilinear投影的偏差之比。在rectilinear图像投影中,三维实体世界中的直线在2D图像平面中投影为直线。这种定义下的理想情况通常称为无畸变投影或理想小孔投影。本文描述的径向几何畸变是相对于此理想rectilinear投影偏差比。


对称透视镜的径向几何畸变的计算方法类似于放大率测量。径向几何畸变是图像径向高度与预计的常规透视镜图像径向高度hideal比值:

image.png 

其中

Hmonitor 观察到的图像径向高度

hideal  从rectilinear投影光轴中心起始的非观测的理论图像径向高度


为了获得畸变曲线,应通过测量获得理想投影图像径向高度hideal的投影图像的图像径向高度Hmonitor根据棋盘格图卡的测量,可以计算为:

image.png

 

icentre则是光轴所在位置的图卡的估计中心。通常,摄像机系统的光轴中心与图像中心对齐,因此图像中心被假定为光学中心。wmonitor上的因子1/2仅用于与最小放大率计算中使用的描述保持一致,最小放大率计算中对图像径向高度被描述为1/2*wmonitor


hideal拍摄的图像上的非观测点,高度应首先从测量曲线估计。在理想的常规透视镜中,在垂直于光轴的平面上的图像在整个图像中呈现恒定的放大倍数,并且图像径向高度将根据从光轴(中心)偏离的距离在投影图像上线性增加。


畸变是对rectilinear投影以光轴为起点的理想图像径向高度的参考。以下提供了CMS透视镜系统的畸变的计算和数据处理程序。为了获得整个图像区域的畸变特性,应沿整个对角线方向测量失真特性而不是沿中心水平线测量。但是,下面给出的示例是用于对水平线的测量的。


下面的过程描述了获得与理想的常规透视镜系统相对应的畸变曲线的步骤。


a) 拍摄棋盘图图像,测量投影在显示器1/2* wmonitor(i)上的每个图表方块的位置,其中i是图表的第i


b) 在测量数据中假定光学中心,并将期望中心点参数化为icentre。如果估计的第i个图像中心点不合适,则如步骤i).所示应进行校正,以最小化误差。(根据图卡方形步,测量的i是离散,但实际的icentre是实数,不一定是离散整数值。当图方形步长icentre不完全调整到光轴中心时,它将是一个中间实数。


c) 对于显示器上每个测得的图表方块位置i,离估计中心的距离(径向高度)计算为image.png并绘制径向高度与图表方块边缘的关系图。它可以用原来i的位置绘制,但是为了简化下面的公式,它应该用一个偏移的水平轴j重新绘制,使光轴这个轴的原点j0j=iicentre


d) 从步骤c的图中,根据所需的精度(例如image.png)得到一个三阶或五阶多项式插值曲线,并从插值多项式曲线中得到一阶微分曲线dhmonitor(j)/dj,(相应给出了image.png 。更复杂的畸变高阶多项式插值将会更加精确,但可能受到测量误差的影响。对于复杂畸变的特性,仅将插值应用到光轴附近,以获得用于计算rectilinear投影的理想图像径向高度所需的dhmonitor(j)/dj。此过程对应于估计系统的轴向焦距以计算理论理想rectilinear投影。


e) 步骤d)中获得的沿光轴上多项式的一阶微分提供了理想rectilinear投影情况下相对图卡表格步长投影在显示器上的图表图像的递增比率。理论图像的径向高度是通过乘以图像中心(dhmonitor(j)/dj|j=0)的斜率dhmonitor(j)/dj(对序号为jrectilinear系统该值在整个图像中是恒定的)获得的,表示为hideal(j)={dhmonitor(j)/dj|j=0}*j


f) 根据步骤e的计算将步骤c中的图的水平轴转换为理想rectilinear图像径向高度。在光学中心j=0处,该图将表现出1:1的关系。


g) 计算hmonitor(j)与理想rectilinear参考距离hideal(j)的比值,减去1,得到几何径向畸变。


h) 理想图像径向高是理想rectilinear投影的理论点,它不能在输出图像上直接观察到,依据实际观察到的显示器图像位置重新转换水平轴。见图1和图2


i) 在对称系统中,该畸变曲线应在整个光学中心对称。由于步骤b中对图像中心点的错误假设,绘制的数据可能会出现不对称。在这种情况下,重新调整参数化的中心点icentre,以最小化不对称并获得穿过中心点的平滑曲线。如果适当调整,中心的畸变曲线将为零,并连续穿过图像中心点。


image.png 

注:“参考高度”是从图像中心估计的假设距离,如虚线所示。

3—从估计图像中心计算畸变的示例性测量距离


image.png 

说明:

X  假定投影的假设中心[mm]

Y1  图卡方块在显示器图像的位置[mm]

Y2  1+径向畸变

1  对rectilinear(无畸变)投影理想图像位置(虚线,斜率为1处)

图4—假定的水平轴上图像位置和测得的距中心的图卡距离


image.png 

说明:

X  显示器上实际测得的位置[mm]

Y  径向畸变[%]

5—根据显示器上的位置确定的径向畸变


注:当根据输出图像估计时,光学中心应调整以使上述的曲线的不连续性最小。如果透视镜设计只在图像边缘出现畸变,则中心不连续的影响将不那么明显,并且畸变曲线的不对称性可能仅在图像边缘才可观察到。如果边缘的畸变曲线表现出某种不对称性,在这种情况下调整估计的图像中心,从而实现边缘失真曲线的对称性。但不对称的原因可能是CMS光学元件的倾斜装配,包括图像传感器装置的倾斜装配,导致CMS失真特性的内在不对称。

 

研鼎致力于协助研发工程师更好的测试及解决品质管控的问题,目前可使用如下方案测试畸变指标。

整套方案主要采用补光光源,畸变图卡,图卡支架的方式进行测试,通过摄像头夹具固定好摄像头,然后对畸变图卡进行拍摄,分析获取的图片得到数据。

整套方案内包含的设备,图卡有

image.png 

图卡手动垂直切换测试系统(CH-TS-10X)


图卡支架采用手动垂直切换形式,支持10张图卡,图卡规格最大1600*1000mm,图卡固定位置拍照采用黑色不反光处理表面框架,保证测试没有反光的干扰图卡切换方便,外观美观垂直切换操作简单,占用面积小。


image.png 

RT-CP129-R4X图卡使用棋盘格图案分析畸变程度。

 

image.png 


LS-450 是一对多色温LED 光源,在影像测试中给图卡补光,用于提供不同色温不同照度情况下的测试。

LS-450 有White menu 和 color menu 。

white menu 为用户提供接入调光、色温和绿色/红色控制通道,色温范围从2700K 到6500K。

color menu,色温范围从2500K 可调到9900K,第二个color menu 提供单独的红、绿、蓝(RGB)控制。

image.png 

RT-710133主要用于遮挡光源进入摄像头。


如您有畸变测试需求,请联系上海研鼎获取:sales@rdbuy.com


#CMS #UN ECE R46 #GB15084 #电子后视镜 #摄像头后视镜
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