Original paper

Geometric Calibration of Thermal Cameras

Luhmann, Thomas; Ohm, Julia; Piechel, Johannes; Roelfs, Thorsten

Abstract

This paper discusses strategies, tools and methods for the geometric calibration of close-range thermal cameras as they are widely used for building monitoring and material testing. Two different testfields have been developed and tested whereby each of them provides target points in the thermal spectrum. Four different cameras with solid-state imaging sensors have been calibrated. In general, all lenses show relatively large distortions due to decentering of lenses and non-orthogonality of the image coordinate system. Using a 2D testfield with burning lamps an accuracy of 0.3 pixels can be achieved while a 3D testfield with reflective circular targets provides residuals in the order of 0.05 pixels. This leads to geometrically improved thermal images that can be used to achieve higher quality for various applications, such as mosaicking, 3D-texturing or pan sharpening.

Kurzfassung

Dieser Beitrag befasst sich mit Strategien, Werkzeugen und Methoden zur geometrischen Kalibrierung von Thermografieka meras, wie sie für Bauwerksüberwachung und Materialprüfung eingesetzt werden. Hierfür wurden zwei verschiedene Testfelder entwickelt und erprobt, mit denen Punktziele im thermalen Spektralbereich der Kameras bereitgestellt werden können. Vier verschiedene Kameras mit Festkörper-Sensoren wurden kalibriert. Die Kalibrierergebnisse unterscheiden sich deutlich von Kamera zu Kamera. Alle Objektive weisen relativ große Verzeichnungen auf, hervorgerufen durch Dezentrierung der Linsen und durch Abweichungen von der Orthogonalität der Bildkoordinatenachsen. Die durchschnittlichen Genauigkeiten liegen bei 0,3 Pixel für ein mit Lämpchen versehenes, ebenes Testfeld, während ein reflektierendes 3D-Testfeld mit kreisförmigen Zielmarken zu Restfehlern von 0,05 Pixel führt. Ziel sind geometrisch verbesserte Thermalbilder für verschiedene Anwendungen, wie Mosaikbildungen, 3D-Texturierungen und Pan Sharpening, um deren Qualität signifikant zu steigern.

Keywords

thermalkamerageometrische kalibrierunggenauigkeittestfeldbÜndelausgleichung