基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的试验研究new

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1、4·北京测绘·2008年第4期基于普通数码相机的近景摄影测量方法与精度的试验研究张慧鑫，李非栗，雷巨光（西南交通大学测量工程系，四川成都610031）[摘要]普通数码相机由于体积小、重量轻、价格低廉、像素几何位置精度高、影像可直接输入计算机进行处理等优点备受人们青睐。随着数字摄影测量技术的发展，数码相机分辨率的不断提高，人们开始考虑能否将普通数码相机应用于工程实践。本文以普通数码相机作为影像信息的获取手段，就控制点的数量、分布、精度、影像获取及其量测方法、数据处理解算方法、解算精度等问题进行了研究。[关键词]数码相机；控制点；近景摄影测量；直接线性变换[中图分类

2、号]P23[文献标识码]A[文章编号]1007-3000（2008）04-4普通数码相机是一种集光、机、电为一体的电因数码相机的镜头畸变，会对结果产生影响，解[3]子产品，它集成了影像信息的转换、存贮、传输等算中加入镜头畸变差改正项(1)式：部件，具有数字化存贮功能,能与计算机进行数字21Δx=(x-x0)·k1r222信息的交互处理，因此数码相机用于近景摄影测（1）r=(x-x)+(y-y)（2）200Δy=(y-y0)·k1r[1]量迅速兴起，但其精度究竟如何，是否能用于工[4]式中，x0、y0是投影中心在像平面上的垂足可以程实践等问题还需要试验验证。

3、本文通过试验探理解为像主点，是坐标仪坐标系中的坐标，k1是待定讨了基于普通数码相机的近景摄影测量方法及其的对称性物镜畸变系数，r为向径。精度等问题。DLT基本公式中加入物镜畸变差改正后，可以1近景摄影测量的数学解算模型写成如下形式：普通数码相机为非量测用相机、无框标、内方LX+LY+LZ+L位元素未知，故不能直接利用摄影测量学中的解x+Δx+1234=0L9X+L10Y+L11Z+1析处理方法来处理非量测数码影像。本次实验采（3）用了直接线性变换（DirectLinearTransformation）LX+LY+LZ+Ly+Δy+5678=0

4、LX+LY+LZ+1算法[2]，简称DLT。DLT算法直接建立了坐标仪坐91011标和物方空间坐标之间的关系，计算无需内、外方此时，共有12个未知数，对每一个像点坐标观测[5]位元素的初始近似值，特别适用于非量测影像的值列出误差方程为：摄影测量处理。12Vx=-LX+LY+LZ+L+xXL+xYL+xZL+A(x-x)rk+xA12349101101(4)12Vy=-LX+LY+LZ+L+yXL+yYL10+yZL11+A(y-wy)rk+yA5678901其中，A=L9X+L10Y+L11Z+1，初值为1，列出法方如下：程，

5、迭代计算直至相近两次A值差小于给定的限差，22然后求解改正了非线性误差的像点坐标，从而根据Σ(X观-X计)Σ(Y观-Y计)m=，m=，m=XYZ（3）式计算未知点的空间三维坐标（X，Y，Z）。姨n姨n以上即为本次实验中所用的DLT算法的数学解2Σ(Z观-Z计)算模型。当解算得到未知点的三维坐标后，与全站仪（5）[6]姨n测量得到的坐标进行比较来进行精度分析，计算式[收稿日期]2008-05-16[作者简介]张慧鑫（1983-），女，山西阳泉人，在读研究生，研究方向为摄影测量与遥感。2008年第4期·北京测绘·5式中，X、Y、Z分别为测点的全站仪测量计算观观观值，

6、X、Y、Z分别为相应测点的近景摄影测量计算计计计值，n为未知点个数。2外业工作2.1控制实验场选择西南交通大学犀浦校区六号教学楼的一个约30m×18m立面，区域中共布设23个标志点，均匀分布在大体平行的几个层面上（见图1）。标图2标志点形状志点的形状、大小和颜色十分重要，不仅影响到全站仪外业坐标的量测，而且影响到标志点影像坐标的量测。本实验中采用的是人工标志点，黑白相间，大小为10cm×10cm（见图2），标志醒目、清晰，便于量测和成像。实验中采用的坐标系如图3所示，摄影方向为Z方向，指向相机为正。其中，AB为标志点测量时的测量基线，P为其中一个待定的标志点。2

7、3个标志点的立面（O-XY平面）分布如图1所示。采用LeicaTCA2003全站仪测定标志点的三维坐标，X、Z的计算采用边角前方交会方法进行平差解图3坐标系示意图算，Y采用三角高程方法计算。标志点坐标全站仪外业测量精度采用中误差进行分析，结果为：mX=摄影，组成多组立体相对。0.3mm，mY=0.4mm，mZ=0.7mm，最弱点为：20019点。坐3实验与精度分析标精度在交会方向，即Z方向较弱。选择一定数量的标志点作为摄影测量的控制点，2.2摄影其他标志点作为未知点即检查点。通过量测标志点的采用普通数码相机对标志点进行拍摄，摄影距离影像坐标，利用DLT算法解算标

8、志点的三维坐标，通约50