测试课堂第一讲 | 相机畸变知多少?

畸变,也称为失真,它是一种可以把直线变成曲线的像差,广角镜头、变焦镜头,远距镜头容易造成严重的畸变。在图像的边缘切线尤其明显,但对于沿半径的放射线是不明显的。由于光学透镜的固有特性,对拍摄的图片造成失真现象(畸变),通常对成像的美观性是不利的。

畸变主要有两种表现形式:桶形畸变(Barrel),枕形畸变(Pincushion)。

除此之外,复杂透镜系统还可能会出现【胡须】或【波浪】混合的胡须形畸变,又叫髭形畸变。(如下图)

针对畸变这种现象,我们可以通过在实验室内拍摄专门的畸变测试卡进行分析后,评估一个成像系统大致的畸变情况,具体可以参考畸变率这一客观指标。常见的畸变测试卡包括,直线卡(使用较少)、网格图、点状图、棋盘格测试卡。

1 |  畸变测试分析报错 

 对于这几种图卡的分析,Imatest软件不推荐使用直线图或网格图来测试畸变,一是ROI区域检测的不稳定性(尤其是对于成像效果较差或者未经ISP处理有很大噪声且画面不清晰的成像系统),二是算法的兼容性不够,如下方例子:

在此次测试分析中畸变分析报错,参见下图软件畸变模块的报错信息,经过分析其原因有二:

  • 不均匀的光照
  • 噪声影响,由于图像中存在的噪声量造成的。很可能是检测算法检测到了噪声中并不存在的线条,或者错误地忽略了它认为是噪声的一部分的线条。

针对这种报错,我们尝试过增加图像对比度,使得网格线与背景之间的区别更加明显,但是这种报错依然存在。 

至此,面对这种复杂的畸变模型,且成像效果较差的成像系统,我们更换了棋盘格模块做分析。在使用棋盘格进行畸变分析计算时,建议使用8到12个垂直方块。小于8时,畸变测量可能不太准确。

在对一些复杂的畸变(如胡须型畸变)进行分析时,我们难免会遇到以下的问题:当我们选择了不同的计算设置,如3rd,5rd,atan/tan,11rd,我们得到了不同的结果,而结果差异很大。那么,哪种设置才是更合适的呢?

在这种情况下,针对较为复杂的畸变模型,使用Imatest分析,至少需要一个五阶拟合。使用三阶或atan/tan拟合将不能适当地处理这种失真,并会导致错误的结果。对于五阶和更高阶的拟合,推荐在分析窗口中勾选”Distortion correction”框,这样就可以看到校正后的图像,然后进行目视观察,看看哪个拟合结果是最好的。但对于更高阶的拟合要注意,它可能”过度拟合”你的数据。

2 | Imatest软件Checkerboard模块分析操作  

1. 获取标准样图:

使用Checkerboard测试卡和反射面光源。将棋盘格吸附在中性灰背板或涂了中性灰涂料的墙壁上,建议采集图像大小为棋盘格充满相机取景器。如下图:

2. Imatest软件中使用Checkerboard Setup模块打开图像。参考以下设置:

3. 选择需要分析的样图,点击打开:

4. 选择ROI区域:

5. More settings对图像进行参数设置:

6. 结果分析:

7. 保存分析数据(如下图)

8. 结果解读:畸变越小越好。(>0表示枕型畸变,<0表示桶形畸变)

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