基于摄影测量技术的数码相机投影中心位置精确标定方法

摘要

本发明涉及基于摄影测量技术的数码相机投影中心位置精确标定方法，有效解决解算精度高、可操作性强的问题，方法是，布设回光反射测量标志、控制点标志、编码标志、定向靶和基准尺，构成标定场；距离标定场3米处设置电子经纬仪和待检定相机，相机镜头上粘贴回光反射测量标志；相机在不同水平位置对标定场拍照，得到多张照片，用待检定相机在标定场前的不同位置以不同姿态对标定场拍照，与多张照片提取控制点标志的数据，形成标校数据；对控制点标志中心像点的坐标进行改正，解算得到3个投影中心位置，本发明可一体化实现控制点标志图像中心量测、高精度相机标校与投影中心精确测定三项工作，投影中心的位置标定精度优于5mm。

主权项

一种基于摄影测量技术的数码相机投影中心位置精确标定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、在测量平面上布设至少200个回光反射测量标志，同时布置至少12个控制点标志和12个编码标志，在平面前设置定向靶和基准尺，构成相机投影中心标定场；(2)、距离标定场3米处，设置两台高精度电子经纬仪和待检定相机，两台电子经纬仪平行于标定场，相机镜头处粘贴回光反射标志；(3)、在标定场前不同水平位置利用待检定相机对标志场进行拍照，得到不同水平状态下的多张照片，同时在每个水平固定位置使用两台电子经纬仪测定相机镜头上粘贴的回光反射标志中心的坐标，用灰度值加权质心算法对获取的不同位置的回光反射标志中心的坐标进行计算，得到标志中心像点的坐标(x，y)；(4)、用待检定相机在标定场前的不同位置，待检定相机至少9台，均匀分布在标志场前方，以不同姿态对标定场进行拍照，在每个位置至少拍摄三张照片，与步骤(3)中获取的多张照片一起，提取控制点标志的数据，将这些数据采用光束法自标定的方法对相机参数进行标校，得到标校参数，形成标校数据；(5)、根据步骤(4)中获取的标校数据，对步骤(3)中获取的照片中的控制点标志中心像点的坐标(x，y)进行改正，改正数(Δx′,Δy′)的计算公式为：$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta x}}^{\prime }=-x_0-\frac{\bar{x}·\Delta f}{f}+K_x\bar{x}{r}^2+K_2\bar{x}{r}^4+K_3\bar{x}{r}^6\\ +P_1(r^2+2{\bar{x}}^2)+2P_2\bar{x}·\bar{y}+b_1\bar{x}+b_2\bar{y}\\ {\mathrm{\Delta y}}^{\prime }=-y_0-\frac{\bar{y}·\Delta f}{f}+K_1\bar{y}{r}^2+K_2\bar{y}{r}^4+K_3\bar{y}{r}^6\\ +P_2(r^2+2{\bar{y}}^2)+2P_2\bar{x}·\bar{y}\\ \begin{array}{ccc}\bar{x}=x-x_0& \bar{y}=y-y_0& r^2={\bar{x}}^2+{\bar{y}}^2\end{array}\end{array}\right\}$改正后的控制点标志中心像点的坐标(x′,y′)为$\left.\begin{array}{c}{x}^{\prime }=x+{\mathrm{\Delta x}}^{\prime }\\ y^{\prime }=y+{\mathrm{\Delta y}}^{\prime }\end{array}\right\}$根据共线条件方程方法解算得到3个投影中心位置坐标(X_S,Y_S,Z_S)，共线条件方程为：$\left.\begin{array}{c}{x}^{\prime }=-f\frac{a_1(X-X_S)+b_1(Y-Y_S)+c_1(Z-Z_S)}{a_3(X-X_S)+b_3(Y-Y_S)+c_3(Z-Z_S)}\\ y^{\prime }=-f\frac{a_2(X-X_S)+b_2(Y-Y_S)+c_2(Z-Z_S)}{a_3(X-X_S)+b_3(Y-Y_S)+c_3(Z-Z_S)}\end{array}\right\}$其中，f、x₀、y₀为相机内方位元素；K₁、K₂、K₃为相机的径向畸变；P₁、P₂为相机的偏心畸变；b₁、b₂为相机的像平面畸变；a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃为共线条件方程中旋转矩阵的元素；X、Y、Z为地面点在以摄站为原点的地辅系中的坐标；解算得到3个投影中心位置后，将步骤(3)中两台电子经纬仪获取的相机镜头上的回光反射标志中心的坐标归心到镜头中心后，与解算得到的投影中心位置进行比较，计算得到实际相机投影中心与镜头中心位置的差值，得到投影中心与镜头中心的位置关系，实现对数码相机中心位置的精确标定。