Harita Dergisi - Harita Genel Komutanlığı

Harita Dergisi Temmuz 2010 Sayı 144Sayısal Kameraların Self-Kalibrasyonu için Bir Yazılım TasarımıSayısal Kameraların Self-Kalibrasyonu için Bir Yazılım Tasarımı(Software Design for Self-Calibration of Digital Cameras)Ferruh YILMAZTÜRK 1 , Sıtkı KÜLÜR 21Aksaray Üniversitesi, Harita Mühendisliği Bölümü, Aksaray2İTÜ, Geomatik Mühendisliği Bölümü, İstanbulfyilmazturk@gmail.comÖZETFotogrametrik uygulamalarda, kamera kalibrasyonve yöneltme işlemleri görüntülerden hassas vegüvenilir 3B bilgiler elde etmek için gerekli birönkoşuldur. Bu amaçla farklı yöntem ve modellerinkullanılmasına rağmen self kalibrasyonlu demetdengelemesi, en doğru, sağlam ve çok yönlü sonuçlarveren kalibrasyon yöntemi olarak bilinir. Bu çalışmada,self kalibrasyonlu demet dengelemesi için Borland C++Builder programlama dili kullanılarak geliştirilen ve yarıotomatik çözümler üreten bir yazılım anlatılmış,kullanılan matematik model, parametre kestirimi vekalibrasyon ve konum belirlemenin kalite analiziverilmiştir. Yazılımı test etmek için Canon A95 sayısalresim çekme makinesinin kalibrasyonu ve 3 adetBasler A302FC video kamerasının eşzamanlıkalibrasyonu gerçekleştirilmiştir. Kalibrasyon sonuçlarıtest edilmiş, her iki uygulama için sırasıyla cisimuzayındaki bağıl doğruluk, cisim boyutunun 1/38.000ve 1/20.000’i ve resim uzayındaki doğrulukta birpikselin 1/10 ve 1/26’sı olarak elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Self-kalibrasyon, yazılım, resimölçmeleri, 3B Ölçmeler, doğruluk.ABSTRACTIn photogrammetric applications, the cameracalibration and orientation procedures are a necessaryprerequisite for the extraction of precise and reliable3D metric information from images. For this purpose,despite the different methods and models are used,the bundle adjustment with self calibration is known ascalibration method providing accurate, robust andversatile results. In this study, a software developedusing Borland C++ Builder programming language andproducing semi-automated solutions is described; theused mathematical model, the parameter estimation,and quality analysis of calibration and positioning aregiven. To test the software, the calibration of theCanon A95 digital camera and the simultaneouscalibration of 3 Basler A302fc video cameras werecarried out. Calibration results are tested, for bothapplications, respectively, a relative accuracy in objectspace of 1/38.000 and 1/20.000 of the size of theobject and an accuracy of 1/10 and 1/26 of the pixelspacing in image space are obtained.Key Words: Self-calibration, software, imagemeasurements, 3d measurements, accuracy.1. GİRİŞFotogrametrik triyangulasyonun doğruluğu,temel olarak CCD kameranın açısal ölçmeçözünürlüğü, kesişen ışınların geometrisi veışınların sayısı ve resim ölçeklerinin birfonksiyonuyla ifade edilmektedir. Açısal ölçmeçözünürlüğü ise sırasıyla 2B resim koordinatölçmesinin doğruluğu, kamera objektifinin odakuzaklığı ve fiziksel görüntüleme işleminin idealperspektif projeksiyondan olan sapmalarınıtanımlayan kalibrasyonun matematik modelininuygunluğunun bir fonksiyonuylatanımlanmaktadır (Fraser, vd., 1997).Kamera kalibrasyonu için perspektif ya daprojektif kamera modellerine dayanan birçokfarklı algoritma yıllardır kullanılmaktadır. İlk olarak1970’lerde yakın resim fotogrametrisine giren veself kalibrasyonlu ışın demetleri ile dengelemeyöntemi olarak bilinen yaklaşımsa bu algoritmalararasında en popüler yöntem olmuştur. Selfkalibrasyonlu demet dengelemesiyle algılayıcı içve dış yöneltme elemanları, XYZ cisim noktakoordinatları ve temel kalibrasyon verisibelirlenebilmektedir. Kontrollü test alanlarındaself kalibrasyon, CCD kameralı sistemler içingeleneksel kalibrasyon yaklaşımları üzerindeneredeyse 10 kata kadar iyileştirmelersağlamaktadır.Literatürde, sayısal kameralar için analitik selfkalibrasyon yönteminin gözden geçirildiği genelamaçlı araştırmalar yanında (Remondino, vd.,2006; Fryer, 1996; Fraser, vd., 1995; Fraser,1997) kamera parametrelerin sağlamlığı (Shortis,vd., 1997; Peipe, vd., 2003; Läbe, vd., 2004) vekalibrasyonun doğruluğunu inceleyen (D’Apuzzo,vd., 1999; Fraser, vd., 2006) birçok çalışmavardır.Günümüzde self kalibrasyonlu demetdengelemesi yöntemini kullanan farklı amaçlarayönelik ve farklı otomasyon derecelerine sahipticari fotogrametrik yazılımlar olmasına karşınhem eğitsel bir araç hem de geliştirilebiliryapısıyla akademik araştırmalarda kullanılmak51