Mechanical calibration and alignment of an aerial photogrammetric film scanner based on a 2D array camera

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Abstract Mechanical calibration and alignment are fundamental steps in the development of any new aerial photogrammetric scanner. One aim of a film scanner in the digital era is to digitise the accumulated historic archives of images belonging to photogrammetric institutes. The present analysis is centred on a scanner with a translating 2D array camera. Two phases of equal importance can be outlined: the first phase is the alignment of all the mechanical parts inside the scanner, and the second is mechanical calibration, when the systematic effects in the camera positioning are measured and compensated. Among the design requirements of this scanner was to avoid the need for geometrical modification of the scanned images: they should be acquired in the correct position and not require a posteriori correction with a software routine. The proposed solutions lead to a final result of a metrologically satisfactory scanner with a geometric uncertainty of 2 μm or less throughout the frame (250 mm × 250 mm), a value definitely smaller than the pixel size (10 μm/pixel).

French
Résumé

L’étalonnage et l’alignement mécaniques sont des étapes fondamentales dans le développement de tout nouveau scanneur de photogrammétrie aérienne. A l’ère du numérique, un scanneur de films doit notamment permettre de numériser les archives historiques des instituts de photogrammétrie. L’analyse présentée dans cet article porte sur un scanneur constitué d’une caméra matricielle en translation. Deux phases d’égale importance sont considérées: la première phase est l’alignement de toutes les pièces mécaniques à l’intérieur du scanneur, et la seconde est l’étalonnage mécanique qui consiste à mesurer et compenser les défauts systématiques de positionnement de la caméra. L’une des exigences dans la conception de ce scanneur est de ne pas nécessiter de modifications géométriques des images numérisées: elles doivent être acquises dans la position correcte sans qu’une correction ultérieure au moyen d’un programme informatique soit nécessaire. Les solutions proposées conduisent à un scanneur aux caractéristiques métrologiques satisfaisantes avec une incertitude géométrique n’excédant pas 2 μm sur l’ensemble du cliché (250 mm × 250 mm), une valeur qui reste très faible comparativement à une taille de pixel de 10 μm.

Keywords: aerial photography; calibration; camera; measurement; metrology; photogrammetric film scanner

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1477-9730.2010.00575.x

Affiliations: 1: ( ), Email: lorenzo.comolli@polimi.it 2: ( )Politecnico di Milano, Italy, Email: remo.sala@polimi.it

Publication date: June 1, 2010

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