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Geometric Calibration of a Hyperspectral Frame Camera
Recently, miniaturised hyperspectral sensors operable from small unmanned airborne vehicle platforms have entered the market. The emerging hyperspectral imaging technologies, based on frame cameras and tuneable filters, are attractive alternatives to hyperspectral pushbroom sensors. This paper addresses the geometric calibration process of a hyperspectral frame camera based on a Fabry–Pérot interferometer. However, the addition of more optical elements in front of the image sensor can affect the parameters related to the internal geometry of the camera, and a deficiency in knowledge regarding these parameters can have a critical effect on the accuracy of 3D measurements in photogrammetric applications. The experiments focused on assessing the self‐calibrating bundle adjustment to verify the behaviour of the interior parameters, considering different spectral bands. The results indicated that the applied self‐calibration method can accurately characterise the interior parameters of this camera and that one set of parameters is required for each internal sensor. Les nouveaux systèmes d'acquisition d'images hyperspectrales basés sur des cameras à plan focal matriciel et des filtres réglables sont plus intéressants que les capteurs hyperspectraux conventionnels à barrettes, car la géométrie matricielle permet l'acquisition de couples stéréoscopiques et de vues multiples d'un même objet. Toutefois l'ajout d'éléments optiques devant le capteur peut affecter les paramètres de la géométrie interne de la caméra, et la connaissance dégradée des paramètres peut avoir un effet critique sur la précision des mesures 3D dans des applications photogrammétriques. Cet article présente le processus d'étalonnage d'une caméra hyperspectrale matricielle basé sur un interféromètre de Fabry–Pérot. L'expérience consiste à évaluer la compensation par faisceaux utilisée pour l'étalonnage pour vérifier la stabilité des paramètres d'orientation interne pour différentes bandes spectrales. Les résultats montrent que la méthode utilisée pour l'auto‐étalonnage avec des paramètres supplémentaires est capable de déterminer avec précision les paramètres d'orientation interne de la caméra. Neuartige Hyperspektralaufnahmesysteme basierend auf Flächenkameras mit einstellbaren Filtern sind eine attraktive Alternative zu konventionellen hyperspektralen Zeilenscannern, da die Flächengeometrie die Erfassung von Stereo‐ und multiplen Aufnahmen eines Objektes erlaubt. Dennoch können zusätzliche optische Elemente vor dem Bildsensor die Parameter der inneren Geometrie der Kamera beeinflussen. Fehlendes Wissen über diese Parameter kann sich kritisch auf die Genauigkeit der 3D Messungen für photogrammetrische Anwendungen auswirken. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Kalibrierung einer hyperspektralen Flächenkamera mit einem Fabry–Pérot Interferometer. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die Beurteilung der Selbstkalibrierung im Rahmen einer Bündelausgleichung, um die Stabilität der Parameter der Inneren Orientierung, unter Betrachtung verschiedener Spektralbänder, zu verifizieren. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die angewandte Selbstkalibrierungsmethode mit zusätzlichen Parametern in der Lage ist, die Parameter der Inneren Orientierung der Kamera mit hoher Genauigkeit zu beschreiben. Los nuevos sistemas de adquisición de imágenes hiperespectrales basados en cámaras matriciales y filtros sintonizables son alternativas atractivas a los sensores hiperespectrales de barrido convencionales debido a que la geometría matricial permite la adquisición de pares estéreo y varias vistas de objetos. Sin embargo, los elementos ópticos adicionales en frente del sensor de imagen pueden afectar a los parámetros relacionados con la geometría interna de la cámara, y una deficiencia en el conocimiento con respecto a estos parámetros pueden tener un efecto crítico en la precisión de las mediciones 3D en aplicaciones de fotogrametría. En este trabajo se aborda el proceso de calibración de una cámara hiperespectral matricial basada en un interferómetro Fabry–Pérot. Los experimentos se centraron en la evaluación de parámetros de auto‐calibración en el ajuste de haces para verificar la estabilidad de los parámetros de orientación interior, teniendo en cuenta las diferentes bandas espectrales. Los resultados indican que el método de parámetros adicionales de auto‐calibración es capaz de caracterizar con precisión los parámetros de orientación interior de la cámara. 基于框幅式相机和可调谐滤波器的新型高光谱获取系统可以比较容易获取立体像对和多视成像,认为可以取代推扫式高光谱获取系统。但是在光学传感器前面增加滤波器可能影响相机的内方位元素,且内方位元素的缺失可能影响摄影测量三维量测的精度。本文介绍了针对Fabry–Pérot 干涉仪框幅式高光谱相机的几何定标流程,该实验采用自检校光束法平差确定不同波段内方位元素的精度和稳定性,实验结果表明,采用附加参数的自检校可以精确确定框幅式高光谱相机的内方位元素。
Geometric Calibration of a Hyperspectral Frame Camera
Recently, miniaturised hyperspectral sensors operable from small unmanned airborne vehicle platforms have entered the market. The emerging hyperspectral imaging technologies, based on frame cameras and tuneable filters, are attractive alternatives to hyperspectral pushbroom sensors. This paper addresses the geometric calibration process of a hyperspectral frame camera based on a Fabry–Pérot interferometer. However, the addition of more optical elements in front of the image sensor can affect the parameters related to the internal geometry of the camera, and a deficiency in knowledge regarding these parameters can have a critical effect on the accuracy of 3D measurements in photogrammetric applications. The experiments focused on assessing the self‐calibrating bundle adjustment to verify the behaviour of the interior parameters, considering different spectral bands. The results indicated that the applied self‐calibration method can accurately characterise the interior parameters of this camera and that one set of parameters is required for each internal sensor. Les nouveaux systèmes d'acquisition d'images hyperspectrales basés sur des cameras à plan focal matriciel et des filtres réglables sont plus intéressants que les capteurs hyperspectraux conventionnels à barrettes, car la géométrie matricielle permet l'acquisition de couples stéréoscopiques et de vues multiples d'un même objet. Toutefois l'ajout d'éléments optiques devant le capteur peut affecter les paramètres de la géométrie interne de la caméra, et la connaissance dégradée des paramètres peut avoir un effet critique sur la précision des mesures 3D dans des applications photogrammétriques. Cet article présente le processus d'étalonnage d'une caméra hyperspectrale matricielle basé sur un interféromètre de Fabry–Pérot. L'expérience consiste à évaluer la compensation par faisceaux utilisée pour l'étalonnage pour vérifier la stabilité des paramètres d'orientation interne pour différentes bandes spectrales. Les résultats montrent que la méthode utilisée pour l'auto‐étalonnage avec des paramètres supplémentaires est capable de déterminer avec précision les paramètres d'orientation interne de la caméra. Neuartige Hyperspektralaufnahmesysteme basierend auf Flächenkameras mit einstellbaren Filtern sind eine attraktive Alternative zu konventionellen hyperspektralen Zeilenscannern, da die Flächengeometrie die Erfassung von Stereo‐ und multiplen Aufnahmen eines Objektes erlaubt. Dennoch können zusätzliche optische Elemente vor dem Bildsensor die Parameter der inneren Geometrie der Kamera beeinflussen. Fehlendes Wissen über diese Parameter kann sich kritisch auf die Genauigkeit der 3D Messungen für photogrammetrische Anwendungen auswirken. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Kalibrierung einer hyperspektralen Flächenkamera mit einem Fabry–Pérot Interferometer. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf die Beurteilung der Selbstkalibrierung im Rahmen einer Bündelausgleichung, um die Stabilität der Parameter der Inneren Orientierung, unter Betrachtung verschiedener Spektralbänder, zu verifizieren. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die angewandte Selbstkalibrierungsmethode mit zusätzlichen Parametern in der Lage ist, die Parameter der Inneren Orientierung der Kamera mit hoher Genauigkeit zu beschreiben. Los nuevos sistemas de adquisición de imágenes hiperespectrales basados en cámaras matriciales y filtros sintonizables son alternativas atractivas a los sensores hiperespectrales de barrido convencionales debido a que la geometría matricial permite la adquisición de pares estéreo y varias vistas de objetos. Sin embargo, los elementos ópticos adicionales en frente del sensor de imagen pueden afectar a los parámetros relacionados con la geometría interna de la cámara, y una deficiencia en el conocimiento con respecto a estos parámetros pueden tener un efecto crítico en la precisión de las mediciones 3D en aplicaciones de fotogrametría. En este trabajo se aborda el proceso de calibración de una cámara hiperespectral matricial basada en un interferómetro Fabry–Pérot. Los experimentos se centraron en la evaluación de parámetros de auto‐calibración en el ajuste de haces para verificar la estabilidad de los parámetros de orientación interior, teniendo en cuenta las diferentes bandas espectrales. Los resultados indican que el método de parámetros adicionales de auto‐calibración es capaz de caracterizar con precisión los parámetros de orientación interior de la cámara. 基于框幅式相机和可调谐滤波器的新型高光谱获取系统可以比较容易获取立体像对和多视成像,认为可以取代推扫式高光谱获取系统。但是在光学传感器前面增加滤波器可能影响相机的内方位元素,且内方位元素的缺失可能影响摄影测量三维量测的精度。本文介绍了针对Fabry–Pérot 干涉仪框幅式高光谱相机的几何定标流程,该实验采用自检校光束法平差确定不同波段内方位元素的精度和稳定性,实验结果表明,采用附加参数的自检校可以精确确定框幅式高光谱相机的内方位元素。
Geometric Calibration of a Hyperspectral Frame Camera
Oliveira, Raquel A (author) / Tommaselli, Antonio M. G / Honkavaara, Eija
2016
Article (Journal)
English
Geometric Calibration of CCD Camera Using Planar Object
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