Cosa significano i risultati della calibrazione della fotocamera in Agisoft Metashape: Guida completa

Agisoft Metashape è una delle soluzioni software di fotogrammetria più avanzate oggi disponibili, utilizzata da professionisti di tutto il mondo per generare modelli 3D altamente accurati a partire da fotografie. Una delle fasi più critiche del flusso di lavoro della fotogrammetria è la calibrazione della fotocamera. Che sia eseguita automaticamente durante l’allineamento delle foto o manualmente utilizzando i dati di calibrazione, questo processo determina il modo in cui Metashape interpreta le immagini e influisce direttamente sulla precisione della ricostruzione 3D.

Dopo aver eseguito la calibrazione, Metashape fornisce una serie di risultati di calibrazione della telecamera, ovvero valori che descrivono la geometria interna del sistema di telecamere. Capire il significato di questi risultati è essenziale per diagnosticare l’accuratezza del progetto, migliorare i risultati e garantire che il tuo modello sia conforme agli standard professionali.

In questo articolo ti spiegheremo i principali parametri di calibrazione della fotocamera in Metashape, come influiscono sul tuo progetto di fotogrammetria e come interpretarli in modo efficace.

Cos’è la calibrazione della fotocamera in Metashape?

La calibrazione della fotocamera è il processo di determinazione dei parametri intrinseci della tua fotocamera – le proprietà interne che definiscono il modo in cui la luce viene proiettata attraverso l’obiettivo e sul sensore. Questi includono fattori come la lunghezza focale, il punto principale e la distorsione dell’obiettivo. Senza una calibrazione accurata, anche le immagini perfettamente catturate possono portare a ricostruzioni 3D distorte o imprecise.

Metashape può calibrare le fotocamere in due modi principali:

• Calibrazione automatica – Il software stima i parametri della telecamera durante il processo di allineamento utilizzando i punti di collegamento dell’immagine.
• Pre-calibrazione – Puoi inserire i dati di calibrazione noti da una calibrazione di laboratorio o da un altro software di fotogrammetria.

La calibrazione automatica funziona bene per la maggior parte dei progetti, ma per i lavori di alta precisione (come i rilievi aerei o la metrologia industriale), la pre-calibrazione della fotocamera può migliorare notevolmente i risultati.

Spiegazione dei principali parametri di calibrazione della fotocamera

Dopo la calibrazione, Metashape fornisce diversi parametri nella finestra di dialogo Calibrazione della telecamera. Questi parametri si dividono in due categorie principali: parametri intrinseci e coefficienti di distorsione. Vediamo di suddividerli.

1. Lunghezza focale (f)

La lunghezza focale è uno dei parametri di calibrazione più critici. Definisce la distanza tra il centro ottico della fotocamera (obiettivo) e il sensore di immagine. In Metashape, questo valore è solitamente espresso in pixel ed etichettato come f. La stima accurata della lunghezza focale è fondamentale perché influenza direttamente la scala e la percezione della profondità nella ricostruzione.

Una mancata corrispondenza della lunghezza focale può causare errori di scala nel tuo modello. Se il valore si discosta significativamente dalla lunghezza focale nota del tuo obiettivo, potrebbe indicare problemi di allineamento dell’immagine o una scarsa sovrapposizione tra le foto.

2. Punto principale (cx, cy)

Il punto principale (cx e cy) si riferisce al punto del sensore di immagine in cui si interseca l’asse ottico. Idealmente, questo punto dovrebbe essere al centro dell’immagine, ma in realtà le tolleranze di produzione o l’allineamento delle lenti possono spostarlo leggermente. Metashape stima questi offset come parte del processo di calibrazione.

I valori dei punti principali stimati correttamente garantiscono una ricostruzione accurata della geometria dell’immagine. Se questi valori sono significativamente sbagliati, si possono osservare distorsioni nel modello 3D o disallineamenti nella nuvola di punti densa.

3. Coefficienti di distorsione radiale (k1, k2, k3)

Gli obiettivi, soprattutto quelli grandangolari, spesso introducono una distorsione radiale, un effetto di deformazione che fa apparire le linee rette come curve. Metashape compensa questo fenomeno utilizzando tre coefficienti: k1, k2, e k3. Questi coefficienti descrivono come l’obiettivo distorce l’immagine radialmente dal centro verso l’esterno.

• k1 – Corregge la distorsione primaria (barile o puntaspilli).
• k2 – Gestisce la distorsione secondaria, migliorando la precisione in prossimità dei bordi dell’immagine.
• k3 – Regola la correzione della distorsione per i casi estremi o per gli obiettivi ultralarghi.

I coefficienti di distorsione ben calibrati assicurano che gli elementi rettilinei del mondo reale siano rappresentati correttamente nel tuo modello 3D. Valori errati possono portare a superfici che si piegano, pareti che si incurvano o errori nelle misurazioni.

4. Coefficienti di distorsione tangenziale (p1, p2)

Oltre alla distorsione radiale, gli obiettivi possono soffrire anche di distorsione tangenziale, che si verifica se l’obiettivo e il sensore non sono perfettamente paralleli. Questo fa sì che l’immagine si allunghi o si inclini in modo asimmetrico. Metashape utilizza p1 e p2 per correggere questo effetto.

Una correzione accurata della distorsione tangenziale assicura che le caratteristiche geometriche rimangano correttamente allineate. Valori elevati potrebbero indicare ottiche non allineate o problemi di montaggio della fotocamera.

5. Coefficiente di obliquità (b1)

Il coefficiente di skew (b1) misura la non ortogonalità tra gli assi x e y del sensore della fotocamera. Idealmente, i sensori sono perfettamente quadrati, ma lievi deviazioni durante la produzione possono introdurre uno skew. Anche se di solito si tratta di un effetto minimo, la correzione assicura che le misurazioni e le ricostruzioni rimangano geometricamente accurate.

6. Rapporto d’aspetto (b2)

Il coefficiente del rapporto d’aspetto (b2) corregge le differenze di scala dei pixel lungo gli assi x e y. Se i pixel del sensore non sono perfettamente quadrati, questo parametro compensa tale variazione, assicurando che le distanze e gli angoli nel modello ricostruito siano corretti.

Come i risultati della calibrazione influiscono sul tuo progetto di fotogrammetria

I risultati della calibrazione della fotocamera influenzano direttamente l’accuratezza, la precisione e la qualità dei risultati della tua fotogrammetria. Ecco come influenzano gli aspetti chiave del tuo flusso di lavoro:

Precisione di allineamento

Parametri di calibrazione accurati migliorano la corrispondenza delle caratteristiche durante l’allineamento delle foto. Questo porta a una migliore stima della posizione della telecamera, che è alla base dell’intera ricostruzione 3D. Una calibrazione inadeguata può causare fotocamere non allineate, lacune nella nuvola rada e una minore accuratezza del modello.

Qualità della nuvola densa e della rete

I risultati della calibrazione influenzano il modo in cui vengono calcolate le mappe di profondità da foto sovrapposte. Una corretta correzione della distorsione dell’obiettivo garantisce un allineamento preciso dei punti nello spazio 3D, producendo nuvole di punti più pulite e dense. Una fotocamera mal calibrata può portare a nuvole rumorose, superfici sfocate o mesh distorte.

Precisione di misurazione

Nelle applicazioni di rilievo, archeologia o ingegneria, anche piccoli errori di calibrazione possono causare imprecisioni nelle misurazioni. I parametri di calibrazione interpretati correttamente garantiscono che la scala, gli angoli e le dimensioni dei tuoi modelli 3D riflettano le misure reali.

Come analizzare i risultati della calibrazione della fotocamera in Metashape

Puoi visualizzare i risultati della calibrazione in Metashape andando su Strumenti → Calibrazione fotocamera. La finestra di dialogo mostra tutti i parametri menzionati in precedenza. Ecco come interpretarli:

• Confronta la lunghezza focale: Controlla che f sia vicino alla lunghezza focale nota del tuo obiettivo. Un’ampia deviazione potrebbe segnalare problemi di allineamento.
• Esamina i coefficienti di distorsione: I valori tipici di k1 sono compresi tra -0,5 e 0,5 per la maggior parte degli obiettivi. Valori estremamente elevati possono indicare un’errata corrispondenza delle caratteristiche.
• Controlla gli offset dei punti principali: Piccole deviazioni dal centro dell’immagine sono normali. Grandi scostamenti potrebbero significare che le immagini sono state ritagliate o che l’allineamento della fotocamera era instabile.
• Controlla i valori di tangenziale e skew: In genere dovrebbero essere prossimi allo zero. Valori elevati potrebbero indicare un disallineamento fisico o un’ottica di bassa qualità.

Metashape ti permette anche di fissare alcuni parametri se li conosci dalla calibrazione di laboratorio. Bloccare questi valori può migliorare l’affidabilità e la velocità della ricostruzione.

Suggerimenti per migliorare la precisione della calibrazione della fotocamera

Ecco alcune buone pratiche per garantire che i risultati della calibrazione siano accurati e affidabili:

• Usa immagini di alta qualità: Assicurati una messa a fuoco nitida, una buona illuminazione e una minima sfocatura da movimento.
• Mantieni le impostazioni della fotocamera coerenti: Usa una lunghezza focale fissa e impostazioni di esposizione manuali per tutte le immagini.
• Cattura una sovrapposizione sufficiente: Cerca di ottenere almeno il 70-80% di sovrapposizione tra le immagini per migliorare la corrispondenza delle caratteristiche.
• Evita lo zoom dell’obiettivo: Le lunghezze focali variabili complicano la calibrazione. Usa obiettivi primari o blocca lo zoom.
• Pre-calibra se necessario: Per lavori di alta precisione, usa un bersaglio di calibrazione e inserisci i parametri noti della fotocamera.

Conclusione: Capire la calibrazione per ottenere risultati 3D migliori

La calibrazione della fotocamera è la spina dorsale di qualsiasi progetto di fotogrammetria di successo. Comprendendo il significato dei risultati della calibrazione in Agisoft Metashape, puoi valutare la qualità delle tue ricostruzioni, risolvere potenziali problemi e prendere decisioni informate che portano a modelli 3D più precisi e affidabili.

Dalla lunghezza focale e dagli offset del punto principale ai coefficienti di distorsione radiale e tangenziale, ogni parametro racconta come la tua fotocamera cattura il mondo e come Metashape interpreta i dati. La padronanza di questi dettagli migliorerà il tuo flusso di lavoro di fotogrammetria, sia che tu stia creando gemelli digitali, rilevando il terreno o documentando siti del patrimonio culturale.