Zur Genauigkeit der Videometrie mit CCD-Sensoren

Zusammenfassung

Für geometrisch quantitative Messungen mit Fernsehkameras und nachfolgender digitaler Bildverarbeitung wird in Anlehnung an die Photogrammetrie der Begriff Videometrie eingeführt [PLATZER 87]. Einige geometrische und photometrische Eigenschaften des Meßsystems, beruhend auf optischer Abbildung, opto-elektronischer Wandlung durch einen CCD-Sensor und elektronischer Signalaufbereitung einschließlich Analog/Digital-Wandlung werden theoretisch und experimentell untersucht: Bandbegrenzung durch Beugung, Defokussierung, Linsenfehler und örtliche Integration auf dem Sensor, anisotrope Modulations-Übertragungs-Funktion durch unterschiedliche Abtastraster in x- und y-Richtung und nur horizontal wirkender elektrischer Filterung, periodisch ortsabhängige und in x-Richtung auch asymmetrische Impulsantworten, interferometrisch ermittelte Geometriefehler des Sensors, photometrische Linearität, Verstärker-, Quantisierungs- und intensitätsabhängiges Sensorrauschen durch die Poisson-Statistik der einfallenden Photonen etc. Daraus ergeben sich Abschätzungen über den Meßfehler bei der Bestimmung der Bildkoordinaten eines Merkmales in Binär- und Grauwertbildern, die zeigen, daß bei geeigneten Merkmalen und optischer Bandbegrenzung eine Genauigkeit erzielt werden kann, die um Größenordnungen besser ist als die durch den Abstand der Sensorelemente gegebene Auflösung.

Systematische Fehler bei der Eichung des von LENZ 87b vorgestellten geometrischen Kameramodells, das radiale Linsenverzeichnung, Zeilenversätze (Jitter) und unterschiedliche Sensor- und Bildspeicher-Taktfrequenzen bereits berücksichtigt, resultieren aus dem durch perspektivische Abbildung und Linsenverzeichnung hervorgerufenen Unterschied zwischen Schwerpunkt des Bildes und Bild des Schwerpunktes flächenhaft ausgedehnter Merkmale, können jedoch bei einfachen Eichobjekten und Kenntnis der Modellparameter analytisch berechnet und damit kompensiert werden. Weiterhin wird gezeigt, daß Ladungstransferverluste nicht nur photometrisch von Bedeutung sind, sondern zusätzlich das Bild in x- und y-Richtung unterschiedlich skalieren können. Vor- und Nachteile des Einsatzes von Frame Transfer und Interline Transfer CCD-Sensoren werden erörtert, wobei Grundkenntnisse ihrer Funktionsprinzipien und der linearen Systemtheorie vorausgesetzt werden. Großes Gewicht wird auf Zahlenbeispiele mit realistischen Daten und Erfahrungswerten gelegt, um dem Leser einen Überblick über die Größenordnung einzelner Effekte zu verschaffen.