CN101726316A

CN101726316A - 内方位元素及畸变测试仪

Info

Publication number: CN101726316A
Application number: CN200810231794A
Authority: CN
Inventors: 张周锋; 赵建科; 周艳
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-06-09

Abstract

本发明涉及一种应用在数字航摄像机上的内方位元素及畸变测试仪，包括光源以及转台，该测试仪还包括平行光管；平行光管位于光源和转台之间，并和光源置于同一光轴之上。本发明提供了一种结构简单、操作方便、精确度高的内方位元素及畸变测试仪。

Description

内方位元素及畸变测试仪

技术领域

本发明涉及航空、航天摄影测量领域，尤其涉及一种应用在数字航摄像机上的内方位元素及畸变测试仪。

背景技术

摄影测量在地形图编制的应用领域中得到了很快发展，逐步形成了摄影测量技术系统，同时也形成了一个复杂的摄影测量仪器系统。摄影测量时借助量测摄影机远距离取地球表面或其它地物的像片，再在摄影测量仪器上量测像片上地物的空间分布。它是测绘地形图及其它专用用图的重要手段，是遥感技术的重要组成部分。

目前摄影相机一般分为两种：

一是传统胶片型航摄相机。成像器件选用感光胶片来记录影像。首先在感光胶片上形成了一幅潜在的图像，经过显影和定影便可形成一幅与实物完全相反的底片，即负片；最后再经过翻拍、显影和定影便得到一幅与实物完全相符的图像，即正片。

二是数字式航摄相机。随着电荷耦合器成像器件(CCD、CMOS)的发展，近年来国际上先后研制成功数字空间摄影测量相机和数字航空摄影测量相机。与传统的胶片航摄相机比较，数字式航摄相机不同的是将传统相机中的成像器件——胶片，改变为电荷耦合器成像器件如CCD或CMOS。同时数字式航空摄影相机有着一系列不可比拟的优点：(1)免去了胶片的显影、定影处理过程，直接获得数字图像，简化了事后处理的程序，节约了成本；(2)除了能获得地面目标的几何位置数据外，还能获得其多光谱图像；(3)减少了胶片冲洗扫描带来的误差，获得的数字地图的精度更高。因此，数字航摄相机将是航空摄影测量的发展方向，将成为航空摄影测量的主力装备。

作为航空摄影测量的关键装备，数字航摄像机也需要作定期的标定，尤其是内方位元素及畸变差的标校。不管是传统胶片型航摄相机还是数字式航摄相机需要进行实验室标定的具体项目为：1、内方位元素——主距f_k，像主点坐标(x₀、y₀)；2、畸变差。于是，为了与数字航摄相机的推广使用相配套，必须研究相应的标定方法，建立标定装置。

对于传统胶片型航摄相机，检测内方位元素和畸变差采用目标图案板测量畸变。测试装置如图1所示，其测试方法为：为了确定像主点坐标位置(x₀、y₀)，在测试过程中需对相机分两次测量，分别为水平方向与垂直方向测试，而垂直方向测试实际上是通过将相机旋转90°后，在水平方向进行测试。

现在以水平方向为例介绍具体测试方法：将网格板安装于航摄相机的框标平面上，并调整网格板使其与各个框标重合，用光源照亮网格板；将航摄相机物方朝向测量望远镜安装于转台上，并调整相机使其入瞳位于转台回转中心。一边转动转台，一边用测量望远镜观察标准网格板经相机所成的像，并用转台记录每个像高对应的角度。在水平方向测试完毕后，将相机旋转90°重新调整，重复上面步骤，在水平方向继续进行观测。根据水平、俯仰方向测试数据及相应的数据处理公式，计算被测相机内方位元素、像主点坐标及畸变差。

因为数字式航摄相机用CCD或CMOS探测器取代了传统的感光胶片，所以以往胶片型航摄相机成熟的检定方法和检定项目将不再适用。而现阶段我国数字式航空摄影相机的使用刚刚起步，数字式航空摄影相机的标定方法还是空白，本仪器就是解决数字式航空摄影相机的标定问题。

发明内容

本发明为了解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供了一种结构简单、操作方便、精确度高的内方位元素及畸变测试仪。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种内方位元素及畸变测试仪，包括光源以及转台，其特殊之处在于：所述内方位元素及畸变测试仪还包括平行光管；所述平行光管位于光源和转台之间，并和光源置于同一光轴之上。

上述转台是二维转台。

上述二维转台是高精度数显二维转台。

上述高精度数显二维转台是采用27位轴角编码器且分辨率可以达到0.01″的高精度数显二维转台。

上述光源是点光源、激光光源或面光源。

本发明的优点是：

1、结构简单。本发明只需要一个平行光管、转台及光源就可以实现对相机的标定，大大简化了原有内方位元素及畸变测试仪结构。

2、操作方便。本发明采用高精度数显二维转台，此转台可以通过计算机进行控制，实现精确定位，定位精度优于2″。本测试仪可在一次固定调整好被测数字相机之后，同时测出不同方位、俯仰角下的畸变数据，方便了操作人员，省时省力，大大提供了测量效率。

3、精确度高。本发明采用的精密转台，该精密转台精度高、性能稳定，可实现精确定位，转台总精度优于0.7″；图像处理软件对航摄相机记录的图像进行直方图均衡，数字滤波，边缘增强，最佳阈值选择等算法使图像去除噪声，使目标更清晰，同时采用亚像元细分技术，窗口图像相应放大显示，采用质心算法对星点目标坐标位置进行精确判读可得到1/10像元的分辨率，测量精确大幅提升。

4、数据处理方便快捷。图像处理软件可以直接读取转台角度信息及星点目标坐标数据，最后根据相应的数据处理公式快速准确的计算出被测相机内方位元素、像主点坐标及畸变差。

5、实时性好、扩展功能强。本发明结构简单，方便多人同时观测全部测试过程，同时不仅可以对光学系统的畸变进行高精度测试，而且可以对被测系统的焦距，成像质量等进行实时测量。

附图说明

图1为传统的胶片型航摄相机检测结构示意图；

图2为本发明的较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图2，本发明提供了一种内方位元素及畸变测试仪，包括光源1以及转台3，内方位元素及畸变测试仪还包括平行光管2；平行光管2位于光源1和转台3之间，并和光源1置于同一光轴5之上。

该转台3可以是二维转台、高精度数显二维转台。该高精度数显二维转台是采用27位轴角编码器且分辨率可以达到0.01″的。且光源1是点光源、激光光源或其它面光源。

本发明在使用时，其具体测试方法是：在平行光管2焦面处安装星点目标并用光源1将其照亮，通过平行光管2形成无穷远目标，将被测数字式航摄相机4固定在二维转台上，并调整被测数字式相机4的安装位置，使其入瞳位于数显转台回转中心，调整平行光管2位置，使相机对准平行光管2。

测试分2个步骤：

步骤1：方位方向的测试：

使被测数字式航摄相机4对准平行光管2，将二维转台俯仰角锁紧，转动两维转台方位角，得到方位方向的标准角度，用数字式航摄相机4采集平行光管2像面处星点目标的图像，通过图像处理软件判读星点像的坐标位置，并记录精密转台的角度值。

步骤2：俯仰方向的测试：

使被测数字式相机4对准平行光管2，将两维转台方位角锁紧，转动两维转台俯仰角，得到俯仰方向的标准角度，用数字式相机4采集平行光管像面处星点目标的图像，通过图像处理软件判读星点像的坐标位置，并记录精密转台的角度值。

综合方位、俯仰方向精密转台的测试数据及星点目标的坐标，根据内方位元素及畸变差数据处理公式计算被测相机内方位元素、像主点坐标及畸变差。

Claims

1.一种内方位元素及畸变测试仪，包括光源以及转台，其特征在于：所述内方位元素及畸变测试仪还包括平行光管；所述平行光管位于光源和转台之间，并和光源置于同一光轴之上。

2.根据权利要求1所述的内方位元素及畸变测试仪，其特征在于：所述转台是二维转台。

3.根据权利要求2所述的内方位元素及畸变测试仪，其特征在于：所述二维转台是高精度数显二维转台。

4.根据权利要求3所述的内方位元素及畸变测试仪，其特征在于：所述高精度数显二维转台是采用27位轴角编码器且分辨率可以达到0.01″的高精度数显二维转台。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的内方位元素及畸变测试仪，其特征在于：所述光源是点光源、激光光源或面光源。