Геометрия изображения

Естественно, конструкция приемника изображения и способ организации сканирования напрямую влияет на его внутреннюю геометрию.

Наиболее распространенной является центральная проективная геометрия снимка, характерная для фотоаппаратов и видеокамер с матричными приемниками и объективами на базе сферических линз. Геометрия таких изображений будет подробно рассмотрена в разделе 7.3.

Другим типом внутренней геометрии является осевая проективная геометрия, характерная для устройств со щелевым сканированием.

Встречаются и еще более сложные случаи внутренней геометрии съемки. Например, цилиндрическая геометриянекоторых космических фотоаппаратов, проецирующих изображение не на плоскость, а на цилиндрическую поверхность. Геометрия радиолокационной съемки определяется устройством антенны и может быть весьма сложной и нелинейной. Геометрия изображения, полученного от лазерного локатора, определяется алгоритмом развертки управляющей зеркальной системы.

Во всех случаях, если перед нами стоит задача измерения и контроля каких-либо элементов сцены или взаимной геометрической привязки элементов изображений различных типов, помимо заранее известной общей геометрической модели приемников изображений подобного типа, мы должны также с максимально возможной точностью знать значения всех параметров этой модели применительно к данному конкретному экземпляру приемника. Дело в том, что никакие технические изделия не являются идеальными. Поэтому, приобретая у производителя объектив для видеокамеры с заявленным фокусным расстоянием, например, 12мм, мы не можем быть уверены, что фокусное расстояние данного объектива действительно ровно 12 мм, а не 12,1 или 11,9. Другие параметры геометрии съемки (например, положение центра снимка, через который проходит оптическая ось съемки) также требуют оценки и уточнения до того, как мы сможем использовать геометрическую информацию, полученную от данной камеры в измерительных целях. Более того, на практике ни одна сферическая линза не является в точности сферической. Любой объектив имеет так называемыедисторсии, то есть искажения, отклонения от идеальной геометрии. Аналогичным образом и движение линейки оптического сканера никогда не является идеально параллельным, плавным и равномерным. В связи с этим и сканерное изображение имеет не только оптическую геометрию сканирующей системы, но и свои дисторсии и искажения внутренней геометрии изображения.

Отсюда вытекает необходимость проведения математической калибровки и компенсации дисторсий для любых практически используемых в технических системах камер и сканеров. Процедуры такой калибровки для камер с центральнопроективной геометрией будут также рассмотрены в главе 5. К сожалению, оптические системы многих дешевых бытовых устройств ввода изображений столь несовершенны, что даже математическая калибровка не в состоянии придать им метрические свойства. Это относится, в частности, к большинству USB-камер и цифровых камер, встроенных в сотовые телефоны.