测绘相机坐标系与立方镜转换矩阵的标定-光学精密工程

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1、第１５卷第１１期光学精密工程Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．１１２００７年１１月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏｖ．２００７文章编号１００４９２４Ｘ（２００７）１１１７２７０４测绘相机坐标系与立方镜转换矩阵的标定吴国栋１，宋丹１，２（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）摘要：介绍了一种测绘相机坐标系与立方镜之间关系的标定方法。对两坐标系的转换矩阵、标定方法和标定精度进行研究。推导了两坐标系的关系，建立了坐标系间的转换矩阵。利用高精度二维转台、０．５″经纬仪和

2、平行光管完成了测绘相机与相机立方镜坐标系之间的角度测量。最后，对标定精度进行了分析。误差分析结果表明：该方法的标定精度优于２″（１σ），可以满足测绘相机坐标系与立方镜转换关系的标定要求，具有实用价值。关键词：测绘相机；立方镜；转换矩阵；标定中图分类号：Ｖ４４７．３；ＴＨ７０３文献标识码：Ａ犆犪犾犻犫狉犪狋犻狅狀狅犳犿犪狆狆犻狀犵犮犪犿犲狉犪犪狀犱犮狌犫犻犮狆狉犻狊犿犮狅狅狉犱犻狀犪狋犲狊狔狊狋犲犿１，ＳＯＮＧＤａｎ１，２ＷＵＧｕｏｄｏｎｇ（１．犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺

3、犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪；２．犌狉犪犱狌犪狋犲犛犮犺狅狅犾狅犳狋犺犲犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００３９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇｍａｐｐｉｎｇｃａｍｅｒａａｎｄｃｕｂｉｃｐｒｉｓｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ，ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｉｎ

4、ｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘｆｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅａｎｇｌｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｃａｍｅｒａａｎｄｔｈｅｃｕｂｉｃｐｒｉｓｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｏｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ２Ｄｔｕｒｎｔａｂｌｅ，０．５″ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅａｎｄａｕｔｏｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎｔｅｌｅｓｃｏｐｅ．Ｆ

5、ｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎ２″（１σ），ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇｍａｐｐｉｎｇｃａｍｅｒａａｎｄｃｕｂｉｃｐｒｉｓｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｓｖａｌｕａｂｌｅｆｏｒｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍａｐｐｉｎｇｃａｍｅｒａ；ｃｕｂｉｃｐｒｉｓｍ；ｔｒａｎ

6、ｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ宙飞船和航天飞机等飞行器作为运载工具，用各１引言种传感器在轨道空间对地球表面进行遥感，根据获取的信息进行判读和信息处理，以测制或修测航天摄影测量是伴随空间技术、摄影技术、图地图，在军事方面则用于对地面目标点位的确定［１］像数字传输、图像处理和电子计算机技术的发展和动态地图的编制。而产生的一种新技术。它是以人造地球卫星、宇传输型摄影测量业务卫星利用测绘相机进行收稿日期：２００７０７１８；修订日期：２００７０８２０．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６０５７５０２５）１７２８光学精密

7、工程第１５卷摄影测量时，需要知道测绘相机在惯性坐标系中系是重合的，但装调过程中很难保证，这就要求高［２４］的姿态。该姿态的确定，首先要通过星敏感器精度地标定出两坐标系的关系。两坐标系关系有［５６］测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿多种表示方法，主要有方向余弦式、欧拉转角态，然后通过星敏测量坐标系与自身立方镜的关式、罗德里格斯参数式、凯莱克莱因参数式等，常系转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的安用的是前三种。本方案采用第二种方法描述测绘装矩阵以及测绘相机立方镜与测绘相机坐标系的相机立方镜坐标系与测绘相机测量坐标系间的转转换矩阵，最后求得测

8、绘相机坐标系在惯性坐标换矩阵。系中的姿态。其中测绘相机立方镜与测绘相机坐两个坐标系的关系如图２所示：标系的转