测角法非量测数码相机实验室几何标定-论文.pdf

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1、第39卷第6期测绘科学Vol_39No．62014年06月ScienceofSurveyingandMappingJun．测角法非量测数码相机实验室几何标定徐寿志。，程鹏飞，袁枫。。丁朋辉。(1．武汉大学测绘学院，武汉430079；2．国家测绘产品质量检验测试中心，北京100830；3．中国测绘科学研究院，北京100039)摘要：非量测数码相机凭借其自身特有的优点，成为了摄影测量获取影像的主要设备之一，广泛应用于摄影测量中。由于其内方位元素和畸变参数未知，本文介绍了一种利用测角法进行几何标定的方法，通过测定平行光线的入射角度和其对应像

2、片上的像点坐标，根据镜头畸变平方和最小的原则解算出内方位元素和畸变参数。研究表明该方法对主距、主点的标定精度可达到tLm级，该方法用于非量测型数码相机的几何参数标定是完全可行的。关键词：非量测数码相机；测角法；几何标定；内方位元素；畸变参数【中图分类号】P246．1【文献标识码】A【文章编号】1009—2307(2O14)O6一。099一O51引-g法实验室标定的新方法。2实验室几何标定的内容非量测数码相机以其价格低、体积小、重量轻、效率高以及数据处理周期短等优点，已经广非量测数码相机的几何标定主要是确定其内泛地应用于航空摄影测量、低

3、空摄影测量以及地方位元素和畸变参数。面移动测量系统中。由于非量测数码相机内方位2．1内方位元素元素和畸变系数未知，不能直接进行像片的解析内方位元素是确定摄影计算，因此使用非量测数码相机获取数据前，需中心S与所摄像片P相对位要对其进行标定。非量测数码相机的几何标定方置关系的要素，依据此相对法主要有基于测角法的实验室标定法和基于摄影位置即可恢复摄影时光束的测量原理的实验场标定法_】]。目前，大多数对于非形状。如图1所示，像主点量测数码相机的几何标定都是基于实验场的，在像平面坐标系内的坐标图1内方位元素通过在实验场(室内或室外)建立一定数量

4、的已知(z，Y)，以及主距厂，即称之示意图空间坐标标志点，利用空问后方交会或DLT直接为像片P的内方位元素。借线性模型法等解算出相机的内方位元素和畸变参助内方位元素可惟一地确定摄影中心与所摄像片数，该方法算法简单，但前期需要布设大量的控间的位置关系，即恢复光束(光线s，s，S··)在制点，后处理过程需要大量的人机交互较为繁琐摄影时的形状I1。复杂。而基于测角法的实验室标定操作简便、解2．2畸变参数算精度高、可溯源，但通常标定设备昂贵且对精光学畸变差是指相机物镜系统设计、制作和密转台的测角精度和像点坐标的定位精度要求较装配所引起的像点偏

5、离其理想位置的点位误差。高。本文以佳能5DMarkII为例，介绍一种测角光学畸变是影响像点坐标质量的一项重要误差，分为径向畸变差和偏心畸变差。径向畸变差使得作者简介l徐寿志(1986)，男，博士像点沿向径方向偏离其准确理想位置；而偏心畸研究生，主要从事地面移动测量系统变差使像点沿向径方向和垂直于向径方向都发生研究工作。变化偏离，其向径方向的偏离称之为非对称径向E-mail：xszl986@163．corn畸变，垂直于向径方向的偏离称之为切向畸变。1)径向畸变收稿臼期：2013—6—1基金项目：中国测绘科学研究院基本径向畸变一般是由于镜

6、头形状缺陷引起。根科研业务费(7771313)据几何光学原理，物镜的径向畸变可用下式表示：1OO测绘科学第39卷Ax，一(—z)(愚1r+k2r4+3+⋯)(1)为对应P的角度，0为像片的几何中心点，z为主Ay，一(—)(愚1+k2，-+k3+⋯)(2)点在X轴方向上相对于0点的待求偏移量，为其中：k是径向畸变系数；r为径向距离，(z，Y)X方向的待求主距。为像主点坐标，r一(z—zp)+(—)。。根据图2中的关系，可以列出等式：2)偏心畸变z一z一·tg(W一AW)(9)偏心畸变是物镜系统各单元透镜因装配和震根据相机畸变的定义，S对

7、应的畸变为：动造成轴线偏离或歪斜，从而引起像点偏离其理Ax===ix·tg(W一△W)+z一(10)想位置的误差。一般情况下，偏心畸变比径向畸△w是主点和像平面几何中心的夹角。主点的变小。偏心畸变可用下式表示：偏移量一般很小，所以AW也是小量：Axd—P1[r2+2(1z—)]+△w一Xp(11)2p2(z—z)(—yp)(3)Ayd—P2[r+2(～y0)。]+于是tg(W一△)项可以用泰勒公式展开：2pl(z一zp)(—yp)(4)tg(W一AW)≈tgW一sec。w·(12)j其中：P，P是偏心畸变系数。简化后得到相机畸变的普遍

8、表达式为：此外，非量测数码相机还存在着像平面内仿Acc一／·tgW一z·tgW一(13)射性畸变。它是由于像素的采样时刻不同步和暗从公式(13)可以知道，z通过对像片进行数据电流等噪声的影响，造成了像素的水平间距与垂处理