Endüstriyel Görüntülemede Bozulma (Distortion)

Bozulma (distortion), görüntüdeki büyütmenin FOV boyunca nasıl değiştiğini açıklayan optik sapmanın adıdır. Özellikle konumlandırma ve ölçüm uygulamalarında kritik öneme sahiptir.

Bozulma (distortion), görüntüdeki büyütmenin sabit bir çalışma mesafesi boyunca görüş alanı (FOV) boyunca nasıl değiştiğini açıklayan optik sapmaya verilen addır. Alan yüksekliğinin yüzdesi olarak belirtilir; ölçüm algoritması kullanılmıyorsa ±%2–3 değerlerine kadar olan bozulmalar genellikle fark edilmez. Bozulma ayrıca dalga boyuna bağlı olarak değişiklik gösterir.

Örnek bozulma grafiği — Şekil 1 — Örnek bir bozulma grafiği.

Bozulma Türleri

Barrel Distortion (Varil Bozulması): Objektifin merkezinden çıkan ışık huzmesinin kenarlara doğru bükülmesiyle ortaya çıkar. Kenarlardaki nesneler şişkin ve yuvarlak görünür. Geniş açılı objektiflerde yaygındır.

Pincushion Distortion (Yastık Bozulması): Barrel distortion'ın tersidir; ışık hüzmesi kenarlara doğru içe bükülür. Kenar nesneler içe çekilmiş izlenimi verir. Telefoto objektiflerde daha belirgindir.

Mustache Distortion (Bıyık Bozulması): Barrel ve pincushion bozulmanın karmaşık kombinasyonudur. Görüntü merkezinde varil, kenarlarda yastık etkisi görülür. Yüksek kaliteli karmaşık objektiflerde ortaya çıkabilir.

Ana bozulma türleri: barrel, pincushion, mustache — Şekil 2 — Ana bozulma türleri.

Bozulma, Gerçek Mesafe (AD) ile Öngörülen Mesafe (PD) arasındaki fark olarak aşağıdaki denklemle hesaplanır:

Ölçüm, aşağıdaki gibi bir nokta hedefi (grid) üzerinde yapılabilir:

Noktasal grid üzerinde bozulma ölçümü — Şekil 3 — Noktasal grid üzerinde bozulma.

Bozulma Örnekleri

Negatif (barrel) bozulmaya sahip bir lens — Şekil 4 — 35 mm lens sisteminde negatif (barrel) bozulma. Tüm dalga boyları neredeyse aynı bozulmaya sahip.

Hem negatif hem pozitif (moustache) bozulmaya sahip bir lens — Şekil 5 — Hem negatif hem pozitif (moustache) bozulma. Farklı dalga boyları için bozulma karakteristiği farklılaşıyor; kalibrasyon aydınlatma dalga boyuna dikkat edin.

Bozulma Düzeltme Araçları

OpenCV: Python, C++ ve Java ile kullanılabilen popüler açık kaynak kütüphane. Kalibrasyon görüntülerinden bozulma parametrelerini tahmin ederek düzeltme uygular.

MATLAB — Camera Calibration Toolbox: imdistort() ve undistortImage() fonksiyonlarıyla güçlü ve esnek kalibrasyon imkânı sunar.

SimpleCV / Pillow / ImageMagick: Daha basit veya komut satırı tabanlı senaryolar için alternatif araçlar.

Sonuç

Konumlandırma ve ölçüm uygulamalarında bozulma planlama aşamasından itibaren gözetilmelidir. Geniş açılı lenslerde bozulma yüksektir; düşük bozulma gereken uygulamalarda görüş açısı sınırlandırılmalıdır. Hassas kalibrasyon için kullanılan aydınlatma dalga boyu, uygulama aydınlatmasıyla uyumlu olmalıdır.