VideoCAD

Измерение реальных углов обзора камеры

Hide Navigation Pane

Измерение реальных углов обзора камеры

Previous topic Next topic No directory for this topic Expand/collapse all hidden text  

Измерение реальных углов обзора камеры

Previous topic Next topic Topic directory requires JavaScript JavaScript is required for expanding text JavaScript is required for the print function Mail us feedback on this topic!  

 

Начиная с восьмой версии, точность моделирования зоны обзора камер в VideoCAD значительно возросла из за возможности учета дисторсии объектива.

 

Три угла обзора (горизонтальный, вертикальный, диагональный) вычисляются внутри VideoCAD из фокусного расстояния и формата видеосенсора без учета дисторсии. Для большинства  длиннофокусных объективов дисторсией можно пренебречь, но в случае короткофокусных объективов дисторсия вносит существенную ошибку в расчет.

Чтобы моделировать дисторсию нам надо знать фокусное расстояние объектива, размер видеосенсора и хотя бы один из реальных углов.

 

Значение реального угла можно взять из спецификации производителя, как в примере. Но не все производители измеряют и приводят реальные углы обзора (поля зрения) своих камер.

 

Рассмотрим несложную методику практического измерения углов обзора камеры. Возможно много вариантов методики в зависимости от имеющихся условий.

Задача

 

Имеется видеокамера с объективом. Необходимо измерить реальные углы обзора: горизонтальный, вертикальный и диагональный. Для точного моделирования зоны обзора с учетом дисторсии объектива.

 

 

       Передняя нодальная точка объектива и погрешность измерения

 

Если представить зону обзора камеры в виде пирамиды, то вершина пирамиды будет находиться в передней нодальной точке объектива, лежащей на передней главной плоскости объектива.  Передняя нодальная точка в большинстве случаев находится внутри объектива на главной оптической оси, но точное её положение в пределах длины объектива нам неизвестно.

 

 

Если мы предположим, что передняя нодальная точка находится в середине объектива, то возможная ошибка измерения размеров поля зрения составит отношение половины длины объектива к расстоянию от середины объектива до экрана.

Например, если физическая длина объектива - 40мм, а расстояние от середины объектива до экрана - 1 метр, то погрешность измерения размера поля зрения p=40/2/1000=0.02, те +-2%.

Погрешность измерения угла обзора будет меньше в зависимости от значения угла. Например, если угол составляет 90 градусов, то погрешность измерения угла составит +-1.3%.

 

Если такой точности недостаточно, то следует использовать большее расстояние от камеры до экрана, но это потребует экрана большего размера, что не всегда удобно.

 

Другим способом уменьшения погрешности является определение местоположения передней нодальной точки в пределах длины объектива.

Для этого следует провести 2 измерения на разных расстояниях между передним краем объектива и экраном, например 0,5 и 0.25 метра.  Далее, считая что углы обзора постоянны, решить систему уравнений, где неизвестным является расстояние от переднего края объектива до передней нодальной точки.

 

Опуская ход решения, приведем результирующую формулу для расчета.

 

dL=(S2 * L1 - S1 * L2) / (S1 - S2);

 

где:

dL - искомое расстояние от переднего края объектива до передней нодальной точки объектива;
L1 - расстояние от экрана до переднего края объектива при первом измерении;
L2 - расстояние от экрана до переднего края объектива при втором измерении;
S1 - ширина (при измерении угла по горизонтали) поля зрения при первом измерении;
S2 - ширина (при измерении угла по горизонтали) поля зрения при втором измерении.

 

Порядок работы

 

1. Полностью откройте диафрагму, если это возможно.

 

2. Сфокусируйте объектив на рабочее для камеры расстояние.

 

Фокусировку следует делать не на расстояние до экрана, а на расстояние, которое будет для камеры рабочим. В большинстве случаев таким расстоянием является гиперфокальное расстояние при полностью открытой диафрагме. Фокусировка на рабочем расстоянии делается на случай, если углы поля зрения или положение передней  нодальной точки будут зависеть от расстояния фокусировки.

 

3. Закрепите камеру перед ровным плоским экраном.

 

 

 

4. Прикройте диафрагму, насколько это возможно для получения достаточной четкости изображения экрана.

 

5. Настройте положение камеры так, чтобы главная оптическая ось камеры была строго перпендикулярна экрану. Отметьте на экране центр изображения.

 

6. Следя за изображением, отметьте на экране крайние точки по высоте, ширине и диагонали поля зрения.

 

7. Измерьте расстояния между точками на границах и отмеченным центром изображения. Граничные точки должны располагаться строго симметрично относительно центра. Если это не так, то подстройте положение камеры и вернитесь к п.5

 

8. Измерьте расстояния между точками (размеры поля зрения по ширине, высоте и диагонали).

 

9. Измерьте расстояние от передней нодальной точки объектива до экрана.

 

10. Вычислите углы обзора по формулам:

 

Ah=2 * ARCTAN(h / (2 * L));

Aw=2 * ARCTAN(w / (2 * L));

Ad=2 * ARCTAN(d / (2 * L));

 

где:

ARCTAN - функция Арктангенс;
Ah,Aw,Ad - измеренные реальные углы обзора по высоте, ширине и диагонали соответственно;
h - расстояние между точками по высоте поля зрения;
w - расстояние между точками по ширине поля зрения;
d - расстояние между точками по диагонали поля зрения;
L - расстояние между передней нодальной точкой объектива и экраном.

 

Вы можете ввести измеренные углы в окно Видеосенсор и объектив для точного моделирования зоны обзора данной камеры.

 

Можно сделать упрощенный тест на уже установленной камере.

Во-первых, измерьте размеры и расстояния до реальных объектов в зоне обзора камеры.

После этого, постройте  3D модель реальной обстановки в VideoCAD, разместите камеру.

Затем подберите углы обзора, чтобы получить модель изображения, равную реальному изображению с камеры.

 

См. также: Видеосенсор и объектив>Дисторсия объектива, О дисторсии объективов, Моделирование дисторсии объектива