Bachelorarbeit Ines Ben Aissa

Titel:

Ansätze zur Kalibrierung einer Thermographiekamera
(Approaches for the geometric calibration of thermal cameras)

Beschreibung:

Kameras werden geometrisch kalibriert um die Parameter der inneren Orientierung (Kamerakonstante und Bildhauptpunkt) und die zusätzlichen Parameter (radial-symmetrische Verzeichnung, tangentiale und asymmetrische Verzeichnung und Affinität und Scherung) zu bestimmen. Bei Thermographiekameras wurde zumeist darauf verzichtet, da die Verwender solcher Kameras eher ein Interesse an der Temperaturauflösung der Kameras haben, als an deren geometrischen Verzeichnungen. Da die Verzeichnungen aber zum Bildrand hin größer werden und es zu erwarten ist, dass Thermographiekameras mit größeren Sensoren entwickelt werden, gewinnt die geometrische Kalibrierung an Bedeutung.

Problematisch bei einer geometrischen Kalibrierung einer Thermographiekamera ist die Verwendung eines Referenzobjektes. Bei einer Testfeldkalibrierung muss darauf geachtet werden, dass zwischen den Punktmarken und dem Testfeldhintergrund ein genügend großer thermaler Unterschied besteht. Basierend auf Ideen aus der Literatur [Luhmann et al., 2011] wurde ein Testfeld entwickelt, dass diesen Anforderungen genügt. Ein Holzbrett wurde hierzu mit Aluminiumfolie beklebt und darauf die codierten und uncodierten Punkte aus schwarzem Papier aufgeklebt (Abbildung 1).

Das Fraunhofer Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme stellte drei Kameras zur Verfügung mit denen Aufnahmen sowohl mit einer Fokussierung im Nahbereich als auch mit einer im Unendlichen gemacht wurden. Bei den anschließenden Ausgleichungen mit dem Programm Aicon 3D Studio wurden mit einer Kamera mehrere verschiedene Möglichkeiten ausprobiert, um gute und repräsentative Werte zu erhalten. Des Weiteren wurden die Ergebnisse der Nahbereichsfokussierungen mit denen der Unendlich-Fokussierung verglichen, wobei die im Nahbereich die genaueren Ergebnisse lieferten. Diese Tatsache lässt sich damit erklären, dass das Testfeld für eine Kalibrierung im Unendlich-Fokus nicht repräsentativ ist. Es ist zu klein und war zu nah an der Kamera, als dass scharfe Bilder aufgenommen hätten werden können. In einem weiteren Schritt wurden die einzelnen Parameter der Kameras untereinander verglichen. Eine Verzeichnungs-kurve der größten Verzeichnung, der radial-symmetrischen, wurde für alle drei Kameras erstellt und ist in Abbildung 2 zu sehen. Die Wertebereiche sind dabei an die jeweiligen Sensorgrößen angepasst.

Die Kurven zeigen, dass die radial-symmetrische Verzeichnung der Pyroview 640L compact aufgrund des größeren Sensors größere Werte zum Bildrand hin annimmt. Daraus wird deutlich, dass bei größeren Sensoren die Ermittlung der Verzeichnungen nicht vernachlässigt werden sollte.

Das hier verwendete Testfeld hat sich als nicht ideal herausgestellt, was jedoch von Beginn an klar war, da mit kostengünstigen Mitteln gearbeitet wurde. Um wirklich gute und repräsentative Werte zu erhalten, sollte ein Testfeld, wie das von Luhmann entwickelte [Luhmann et al., 2011] verwendet werden. Dadurch können Fehler wie: Instabilität der Objektkoordinaten durch die nicht zu 100% fest angebrachte Alufolie, Unförmigkeit der ausgeschnittenen Zielmarken und eine fehlerhafte innere Geometrie der codierten Punktmarken vermieden werden. Für einfache Kalibrierungen, um zu überprüfen in welchem Rahmen die Verzeichnungen liegen, ist das Verwendete jedoch ausreichend.