第三章 四旋翼 UAV 系統與非量測型像機
第三節 非量測型像機的變焦、防手震、自動對焦功能
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第三節 非量測型像機的變焦、防手震、自動對焦功能
非量測型數位像機使用了較廉價的透鏡、提供變焦(zoom)功能，且以 量產方式製造，而難以如量測型像機具有穩定的內方位參數。因此，如欲 應用於航拍，除需以率定方式了解像機的內方位參數，航拍或率定過程中 皆須盡量維持像機幾何條件的一致。
然而，非量測型數位像機的發展過程中，常為了提高影像的品質而研 發出許多模式與功能，雖提升了攝影的便利性與影像品質，卻可能影響像 機的幾何條件，使像機的內方位參數產生許多不確定性。例如：光學變焦 (optical zoom)、數位變焦(digital zoom)、自動對焦、防手震等。因此，在使 用數位像機取像時，必須先了解這些功能的原理，使像機盡可能符合攝影 測量應用的模式。
一、變焦功能
像機的變焦功能，可透過兩種方式達成：光學變焦與數位變焦。
光學變焦是透過不同透鏡組的搭配，使焦距產生變化；而數位變焦則 是利用內插計算的方式，將目標區域的影像放大。無論何種變焦方式，都 將影響影像的幾何條件或影像品質，因此，以數位像機拍攝測量用的影像 時，除非針對光學變焦的不同的焦距分別率定(楊素容等，2009)，或了解數 位變焦的演算方法、並得知放大區域位於原影像的何處…透過各種方法回 復影像的幾何條件，否則應關閉此類功能。
二、自動對焦功能
自動對焦功能，可透過被動式自動對焦技術與主動式自動對焦技術達 成。圖3-3 所示為手動對焦、被動式自動對焦的原理。當拍攝物體較近（物 距p 變短）時，由透鏡公式1 1 1
p+ =q f 可知，即使不改變焦距，也可藉由手 動調整像距q，而獲得清晰的影像。因此，被動式自動對焦系統是透過兩個
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感測器，比較被攝物體反射光線的相位或差異，從而調整透鏡組的位置。
此功能雖不改變透鏡組的焦距，但拍攝時的像距 q 已經改變，若以此種狀 態下所拍攝的影像，其焦距並不等於像主距。
(a)手動式對焦原理 (b)被動式對焦原理 圖3-3 被動式自動對焦原理(Mr. OH!數位攝影講座，2003a)
主動式自動對焦系統則透過發射光線測定目標物的距離（圖 3-4），從 而調整物距與像距取得清晰影像(Baina and Dublet, 1995)。此自動對焦系統 也可在不改變透鏡組焦距的情況下，取得清晰的影像，但取像時的像距較 短時，拍攝時的焦距仍不為像主距。
圖3-4 主動式自動對焦原理（科學人雜誌，2005）
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因自動對焦功能可較大幅度地提升數位像機的影像品質，而有越來越 多的數位像機無法關閉此功能。若以近景方式率定像機時應盡量拉長物 距，且像機的焦距應盡量調整為定焦於無窮遠處。
三、防手震功能
防手震功能的發明比其他功能出現的時間晚，此技術最早由 Nikon 於 1994 年推出，該廠商命名為 VR 技術(Nikon, 2009)，可降低像機晃動造成 的影像模糊而提高影像品質。目前在眾多廠商的研發、競爭下，有許多不 同的名稱與技術。依其補償手震的方式而言，可分為光學防手震、CCD 防 手震與電子式防手震三大類。
光學防手震系統，是於鏡頭上安裝運動感應器（如圖 3-5 右側的 Gyro vibration sensors），並於透鏡組上安裝補償裝置（如圖 3-5 右側的 image stabilizer unit），將運動感應器獲得的震動量，透過鏡片的移動補償，保持 影像的清晰(Photogrammetry in Malaysia, 2005)。
圖3-5 數位像機的光學防手震原理(Photogrammetry in Malaysia, 2005) CCD 防手震系統，則將補償裝置放到 CCD 陣列上。如圖 3-6 所示：當 像機靜止不動時，可取得光線沿著紅色路徑的成像，即該影像的正確位置 應落於 CCD 的 A 位置上。當像機受到外力干擾而震動時，將使光線沿著
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綠色路徑成像，使影像落到CCD 的 B 位置上。此時，運動感應器偵測到的 震動量，會透過CCD 周圍的補償裝置（如圖 3-6 之右側）移動 CCD 陣列，
而使最後的成像仍落在CCD 的 A 位置上。
圖3-6 數位像機的 CCD 防手震原理（Mr. OH!數位攝影講座，2003b）
電子式防手震技術，則主要是以影像處理的方式修正模糊的影像，或 以高速連拍的方式擷取較清晰的影像，常應用於小型的電子產品（如：手 機）上。
由上述可知，光學防手震、CCD 防手震功能皆直接影響透鏡中心與 CCD 陣列的幾何關係，使像機的內方位參數中的像主點產生偏移，也可能 影響像主距、或造成透鏡畸變差的分布狀況改變；而電子式防手震技術，
則會對原始影像內容修改，且修改方式可能難以得知。
Pentax 的 Optio A40 屬於 CCD 防手震、且自動對焦功能無法關閉的非 量測型像機，裝置於 MD-200 上執行航拍任務時，應關閉防手震功能、盡 量調整像機焦距定焦於無窮遠處，而改以光圈、快門的調整，取得清晰的 影像。
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果，再比較PhotoModeler 與 Australis 的率定結果，做為後續空三平差過程 的參考。接著說明研究區域及航拍規劃。最後則以LPS 執行：(1)使用光束 法的空三平差、(2)使用自率光束法的空三平差、(3)使用預改正的自率光束 法空三平差（即將所有影像觀測量以熟知的系統誤差模式改正後，再使用 自率光束法空三平差）等計算，並透過檢核點(check point)的均方根誤差(root mean square error, RMSE)評估影像定位精度提升的程度。第一節 像機率定結果比較
一、Australis 率定成果比較
使用近景攝影測量的商業軟體率定非量測型像機時，多次率定所得的 像機內方位參數未必能維持一致，可能是由於非量測型像機的內方位參數 較不穩定而造成，也可能是因為每次率定時所拍攝的照片交會角度、已知 點的分布狀況不同以及不同數量的附加參數而導致差異。
為了解相同軟體於各次率定所得的內方位參數差異，本研究先以 Australis 軟體，搭配國立成功大學的三維率定場，於不同時間率定 Optio A40 數位像機。並於一次率定過程中，使用相同的影像、選擇不同數量的附加 參數，觀察 Australis 搭配三維率定場時的率定結果。Australis 所使用的附 加參數模式如下(Photometrix Pty Ltd., 2004)：
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