Angesichts der Anforderungen an eine hochpräzise Kalibrierung telezentrischer Bildgebungssysteme und der Probleme des Versagens traditioneller Lochkameramodelle schlägt dieser Beitrag eine hochpräzise Kamerakalibrierungsmethode vor, die subpixelgenaue Kantenerkennung mit der Kompensation von Beleuchtungsfehlern kombiniert. Zunächst werden mithilfe eines verbesserten Gauß-Integral-Kurvenanpassungsalgorithmus subpixelgenaue Kanten der kreisförmigen Zielmarken auf der Kalibrierplatte extrahiert und mit einem gewichteten iterativen Kleinste-Quadrate-Algorithmus die Koordinaten des Kreismittelpunkts präzise bestimmt. Als nächstes wird basierend auf dem telezentrischen Bildmodell und unter Berücksichtigung der Orthogonalität der Rotationsmatrix die Gleichung der Systemvergrößerung abgeleitet, Außendaten und deren Vorzeichenmehrdeutigkeit gelöst und eine Auflösungsstrategie vorgestellt. Anschließend werden die radialen, tangentialen und zusammengesetzten Verzerrungsmodelle jeweils aufgebaut, ihre Anwendbarkeit bei der Darstellung der Verzerrung telezentrischer Linsen systematisch untersucht und die Verzerrungsparameter mittels Levenberg-Marquardt-Optimierung genau geschätzt. Darauf aufbauend werden die Kalibrierungsparameter in Verbindung mit dem Modell zur Kompensation von Beleuchtungsfehlern dynamisch aktualisiert und in den Kalibrierungsprozess integriert, um Kantenschiebungsfehler zu eliminieren. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die oben genannte Kalibrierungsmethode einen besten Reprojektionsfehler von 0,059 Pixeln erreicht. Bei der Messung des Durchmessers der Standard-Messkugel der Koordinatenmessmaschine im Bereich der Beleuchtungsstärken von 15 bis 28 wird der Fehler nach der Kompensation stets unter 1,6 μm gehalten, was die Effektivität der Kalibriermethode bestätigt.

Telezentrisches Objektivkalibrieren; subpixelgenaue Kantenerkennung; gewichtete iterative Kreismittelpunktanpassung; Kompensation von Beleuchtungsfehlern