t 
cy 
SOME REMARKS ON PRESENT INVESTIGATIONS 
ON CALIBRATION OF CLOSE-RANGE CAMERAS 
Prof. Dr. Ing. Klaus LINKWITZ, 
University of Stuttgart 
In close-range photogrammetry, one often has to build his own special cameras to meet the requirements of cer- 
tain specialized applications, since such cameras are, in general, not commercially available. The calibration of in- 
house built cameras includes checking on a number of conditions which are generally assumed to be satisfied in commer- 
cially available photogrammetric cameras. These conditions include the perpendicularity of the optical axis on the image 
plane, and the flatness of the photographic plate or film. In addition, one has to investigate the distortion and the stabili- 
ty of the interior orientation under different exposure set-ups. In recent years, a number of methods has been suggested 
for the laboratory calibration of such cameras (Harley/Faig 1969, Dohler 1970, Kólbl 1971). Because of the instability of 
home-built cameras, however, calibrated parameters often do not retain their values. For this reason, it seems necessa- 
ry to combine calibration with object photography and to undertake both calibration and photogrammetric data reduction 
using the same exposure. This paper reports on different investigations in this direction. 
Recherches actuelles sur l'étalonnage des chambres photographiques pour les objets rapprochés. 
Pour certaines applications particuliéres dans le domaine de la photogrammétrie des objets rapprochés, il est 
souvent nécessaire de construire des "caméras-maison' spécialisées. L'étalonnage de ces chambres doit vérifier quel- 
ques conditions qui sont généralement considérées satisfaites dans le cas des chambres photogrammétriques. Par exem- 
ple, on doit vérifier la perpendicularité de l'axe optique sur le plan de l'image et la planéité de la surface de la plaque 
ou du film utilisé. De méme, on doit examiner la distorsion et la stabilité de l'orientation intérieure dans différentes con- 
ditions de prise de vues, Récemment, on a proposé des méthodes différentes pour l'étalonnage des "caméras-maison" 
dans le laboratoire (Harley/Faig 1969, Dóhler 1970, Kólbl 1971). En raison de l'instabilité de ces chambres, les para- 
métres déterminés ne restent pas fixes. C'est pourquoi il est nécessaire d'effectuer simultanément l'étalonnage et les 
mesures photogrammétriques, sur la méme prise de vues. Dans ce rapport technique, on donne des renseignements sur 
différentes recherches dans ce domaine. 
Bericht über Gegenwürtige Untersuchungen zur Kalibrierung von Aufnahmekammern im Nahbereich, 
Spezialkammern für Sonderaufgaben der Photogrammetrie im Nahbereich sind wenig auf dem Markt erhàáltlich 
und müssen meistens im eigenen Labor gebaut werden. Zur Kalibrierung gehórt deswegen auch die Uberprufung von 
Eigenschaften, die bei handelsüblichen Kameras vorausgesetzt werden kónnen : Senkrechtstehen der optischen Achse auf 
der Platte, Ebenheit auf Platte bzw. Film. Weiter muss man besonders die Verzeichnung und die Stabilitát der inneren 
Orientierung unter verschiedenen Aufnahmedispositionen untersuchen. Zur labormássigen Kalibrierung solcher Kammern 
wurden in den letzten Jahren verschiedene Verfahren vorgeschlagen (Harley-Faig 1969, Dóhler 1970, KOlbl 1971).Hàufig 
zeigen sich jedoch bei der tatsáchlichen Aufnahme Abweichungen wegen der Instabilitát der Kammer und damit wegen der 
unzureichenden Reproduzierbarkeit der Kalibrierungsdaten. Aus diesem Grund erscheint es notwendig, die Kalibrierung 
mit der Messaufnahme zu verbinden und die Messbilder des Aufnahmeobjekts dafür zu benutzen. Es wird über verschie- 
dene Untersuchungen und Ergebnisse auf diesem Gebiet berichtet. 
The basic ideas of camera calibration can already be found in S, Finsterwalder's origi- 
nal and fundamental publication "Die geometrischen Grundlagen der Photogrammetrie" [6] . Rea- 
soning by the means of projective geometry he investigates two cases which, after translation 
into analytical formulas, could be relevant also for present day investigations, Using the theory 
of "Kernel points", much en vogue then among theoreticians of photogrammetry, he first descri- 
bes a method for the determination of the planimetric coordinates x» y5 of the standpoint from 
one perspective only. 
The coordinates x , y. can always be determined if in the perspective 7 points with known 
o 
Oo 
iz 1 
IP 
ground coordinates X» Y ... 1 can be identified, since the vertical projection o can be 
interpreted as the Kernel point of a perspective with vertical axis and center at infinity ; then 
seven pairs of points in two planes determine Kernel points from which projective bundles of rays 
can be drawn to those points. If the nadir-point or the horizon are known, then 5 points are suffi- 
cient. 
For the mutual determination of the coordinates of the standpoint and the data of interior 
orientation - this corresponds to à complete calibration omitting distortion - six control points 
—Db23 —