A Digital Medium-Format Camera for Metric Applications—Alpa 12 Metric

Abstract

The Alpa 12 Metric, a medium-format digital camera system, is presented along with an accuracy assessment in accordance with VDI/VDE 2634 (2002). The camera combines the advantages of a modular medium-format camera system with high accuracy in object space. Camera calibration revealed a maximum length measurement error of 0·043 mm for a lens with mechanically fixed focusing distance and 0·063 mm for a lens where the focusing ring was taped during image acquisition. Only in the latter case did the maximum length measuring error improve, yielding 0·050 mm when calibrated with image-variant parameters of interior orientation. A bias towards positive length measurement errors indicated that the set-up for calibration could be improved and that even better accuracy in object space may be accomplished. The Alpa 12 camera system provides several unique features including lenses with fixed displacement of the principal point for terrestrial and other special applications, rigid tilt adaptors for Scheimpflug correction, shim kits for the fine adjustment of flange focal distance as well as the possibility of mounting a monochrome digital medium-format back, sensitive to visible and near infrared light. The camera is well suited for terrestrial applications requiring high accuracy and/or large pixel counts.

Résumé

Le système Alpa 12 Metric, une caméra numérique de format moyen, est présenté avec une évaluation de précision selon la norme VDI/VDE 2634. La caméra combine les avantages d’un système modulaire de format moyen et d’une grande précision dans l’espace objet. L’étalonnage de la caméra a mis en évidence une erreur maximale de mesure de longueur de 0,043 mm avec un objectif dont la focale est fixée mécaniquement et 0,063 mm avec un objectif dont l’anneau de mise au point est fixé par un ruban pendant la prise de vue. Dans le deuxième cas seulement, l’erreur maximale de mesure de longueur s’amoindrit pour devenir égale à 0,050 mm lorsque l’étalonnage fait varier les paramètres d’orientation interne. Un biais positif sur les mesures de longueur indique que l’étalonnage peut être amélioré et que des précisions encore meilleures pourraient être obtenues dans l’espace objet. La caméra Alpa 12 présente plusieurs caractéristiques originales comme des objectifs dont le point principal a des déplacements fixes pour des applications particulières notamment terrestres, des adaptateurs rigides pour la correction de Scheimpflug, un système de cales pour le réglage fin de la distance focale sur l’embase, ainsi que la possibilité de monter sur le dos de boîtier un capteur monochrome numérique de format moyen sensible à la lumière visible et proche infrarouge. La caméra est parfaitement adaptée aux applications terrestres qui exigent une grande précision et/ou une haute définition.

Zusammenfassung

Die Alpa 12 Metric, eine digitale Mittelformatkamera, wird vorgestellt und in einer Genauigkeitsuntersuchung nach VDI/VDE 2634 (2002) evaluiert. Die Kamera kombiniert die Vorteile eines modularen Kamerasystems mit einer hohen Genauigkeit im Objektraum. Die maximale Längenmessabweichung aus einer Kamerakalibrierung betrug 0·043 mm für ein Objektiv mit mechanisch fixiertem Fokustubus und 0·063 mm für ein Objektiv, bei dem der Tubus während der Aufnahmen mit Klebeband fixiert war. Nur im letzten Fall ergab sich eine Verbesserung der maximalen Längenmessabweichung auf 0·050 mm, wenn in der Kalibrierung eine bildvariante innere Orientierung berücksichtigt wurde. Die berechneten Längenmessabweichungen zeigen einen Trend zu positiven Werten auf, was darauf hindeutet, dass der Messaufbau verbessert und höhere Genauigkeiten im Objektraum erreicht werden können. Das Alpa 12 Kamerasystem bietet eine Reihe besonderer Möglichkeiten wie Objektive mit fixem Versatz der Hauptpunktlage für terrestrische und spezielle Anwendungen, einen stabilen Tilt Adapter zur Scheimpflug Korrektur, Ausgleichsscheiben zur Feinjustierung der Hinterlinsendistanz, sowie die Möglichkeit ein monochromes Digitalrückteil anzusetzen, dessen Pixel für das sichtbare Licht bis in das nahe Infrarot empfindlich sind. Die Kamera eignet sich insbesondere für terrestrische Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen und/oder Anwendungen, die von einer grossen Anzahl Pixel profitieren.

Resumen

En este artículo se examina el sistema de cámara de medio formato Alpa 12 Metric y se hace una evaluación de su exactitud según el estándar VDI/VDE 2634 (2002). La cámara combina las ventajas de una cámara modular de medio formato con una elevada exactitud en el espacio objeto. La calibración de la cámara mostró que tiene un error máximo de medida de la longitud de 0,043 mm utilizando una lente con una distancia de enfoque fijada mecánicamente, y de 0,063 mm con una lente cuyo aro de enfoque fue bloqueado durante la toma de la imagen. Sólo en el último caso mejoró el error de medida de la longitud máxima, proporcionando 0,050 mm cuando se calibra con parámetros de la imagen de orientación interior. La existencia de un sesgo hacia los errores positivos en la medida de la longitud indica que el ajuste de la calibración podría mejorarse y que podría lograrse una mejor exactitud en el espacio objeto. La cámara Alpa 12 dispone de varias características únicas como lentes con desplazamiento fijo del punto principal para aplicaciones terrestres o de otro tipo, adaptadores de la inclinación rígidos para la corrección Scheimpflug, conjuntos de juntas para realizar un ajuste fino de la distancia focal a la montura así como la posibilidad de montar un respaldo digital monocromo y de medio formato sensible a la luz visible e infrarroja cercana. La cámara está perfectamente adaptada para aplicaciones terrestres que requieran una exactitud elevada o un gran número de pixeles.