CN109188852B - 一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，首先使用二维转台测量像高值和角度值，并对中心成像相机观测值赋权，采用精密测角法解算中心成像相机，进而计算中心不成像相机的观测值，然后对中心不成像相机观测值赋权，采用精密测角法解算中心不成像相机，最后通过得到的中心成像相机、中心不成像相机的内方位元素计算得到拼接式相机的整体内方位元素，完成适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校。

Description

一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法
技术领域
本发明涉及测绘与计算机视觉技术领域，特别是一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法。
背景技术
当前对测绘相机进行实验室检校主要采用室内控制场检校法和平行光管法开展。其中室内控制场检校法针对小幅面或短焦距相机十分有效，但针对长焦距、大幅面相机的检校需要布设大范围的三维控制场，在有限的实验室环境下难以实施。平行光管法能够构建无穷远处的光线，克服了实验室内场地限制的困难，能够实现传统相机的检校。但由于平行光管法使用的精密测角步骤需要依据初始的像主点位置来计算各个量测点的像高值，对于初始主点位置区域不成像的相机或者偏视场相机无法适用。这在一定程度上限制了相机设计的灵活性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，解决了拼接式相机的实验室检校问题，特别是部分相机中心视场不成像或视场不对称造成的精密测角法无法适用的问题，实现相机高精度检校。
本发明的技术解决方案是：一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，包括如下步骤：
(1)使用二维转台测量像高值和角度值；
(2)对中心成像相机观测值赋权；
(3)采用精密测角法解算中心成像相机；
(4)计算中心不成像相机的观测值；
(5)对中心不成像相机观测值赋权；
(6)采用精密测角法解算中心不成像相机；
(7)对步骤(3)、步骤(6)得到的内方位元素计算得到拼接式相机的整体内方位元素，完成适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校。
所述的使用二维转台测量像高值和角度值的方法为：
将拼接式相机系统的入瞳位置放置在二维转台的旋转中心，将靶标放置在平行光管的焦面位置，其中，靶标为沿一维方向等距离分布的十字标记，平行光管对准二维转台的旋转中心，控制二维转台沿十字靶标排列方向转动，使得相机系统中各个相机借助平行光管在不同旋转角度下对靶标成像，得到不同二维转台转角下靶标在相机成像中的影像坐标，包括像高值和角度值。
所述的对中心成像相机观测值赋权的方法为：
根据中心成像相机模型对中心成像相机对应的各个二维转台转角进行赋权，其中，二维转台转角对称时应具有相同的权值，中心成像相机某个二维转台转角的赋权数值为当前二维转台转角下中心成像相机畸变设计值平方的倒数。
所述的采用精密测角法解算中心成像相机的方法为：
采用精密测角法对中心成像相机赋权后的观测值进行内方位元素解算，得到中心成像相机的主点和主距；所述的观测值包括赋权后的各个二维转台转角及对应的靶标在相机成像中的影像坐标。
所述的计算中心不成像相机的观测值的方法为：
根据中心成像相机的内方位元素和相机间相对位置关系，计算中心不成像相机的虚拟中心，进而计算各个靶标在各个相机影像上的像高值，其中，中心不成像相机的虚拟中心为由中心成像相机计算转换得到的中心区域不成像相机的影像中心位置，像高值为靶标成像点到不成像相机的虚拟中心的距离。
所述的对中心不成像相机观测值赋权的方法为：
根据中心不成像相机模型对中心不成像相机对应的各个二维转台转角进行赋权，其中，二维转台转角对称时应具有相同的权值，中心不成像相机某个二维转台转角的赋权数值为当前二维转台转角下中心不成像相机畸变设计值平方的倒数。
所述的采用精密测角法解算中心不成像相机的方法为：
采用精密测角法对中心不成像相机赋权后的观测值进行内方位元素解算，得到中心不成像相机的主点和主距；所述的观测值包括赋权后的各个二维转台转角及对应的靶标在相机成像中的影像坐标。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过非中心成像相机中心点与中心成像相机中心点的转换，解决了非中心成像相机影像像高值的计算，为使用精密测角法创造的条件；
(2)本发明通过实现中心成像相机与中心不成像相机的精密测角联合解算，实现了拼接式相机系统中，中心视场不成像相机的实验室检校；
(3)本发明通过对角度测量值赋不同的权值，有效提高了偏视场或视场不对称相机的实验室检校精度。
附图说明
图1为中心成像相机中心点向非中心成像相机中心点转换示意图；
图2为非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法示意图。
具体实施方式
本发明属于测绘与计算机视觉技术领域，涉及一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法。该方法解决了传统实验室精密测角法无法对中心视场不成像或视场分布非对称的相机进行内方位元素测定的问题。实现了多种拼接式相机的实验室检校，从检校实现性上增加了拼接式相机的设计灵活度。
一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，主要步骤为：首先采用精密测角法对中心区域探测器进行检校，然后根据探测器间的相对位置，建立了非中心成像区域影像点的转换关系，利用中心区域的检校结果求解边缘区域的精密测角观测值(如图1所示)，实现边缘视场的间接检校，同时引入像高观测值的权值，抵消因视场不对称造成的精度下降。下面结合附图(如图2所示)对本发明方法进行更详细的解释和说明。
步骤(一)：使用二维转台测量像高值和角度值。
将相机系统的入瞳位置放置在二维转台的旋转中心，将靶标放置在平行光管的焦面位置，其中，平行光管对准二维转台的旋转中心(即相机系统的入瞳位置)，控制二维转台旋转，实现相机系统中各个相机借助平行光管在不同旋转角度下对靶标的成像，即采用精密测角法利用靶标和平行光管对相机系统各个相机进行成像，得到不同二维转台转角下靶标在相机成像中的影像坐标。
步骤(二)：对中心成像相机观测值赋权。
假设单个相机镜头的畸变具有对称性，根据中心成像相机模型对中心成像相机对应的各个二维转台转角进行赋权，二维转台转角对称时应具有相同的权值，其中，中心成像相机某个二维转台转角的赋权数值为当前二维转台转角下中心成像相机畸变设计值平方的倒数。
步骤(三)：采用精密测角法解算中心成像相机。
采用精密测角法对中心成像相机赋权后的观测值(观测值包括赋权后的各个二维转台转角及对应的靶标在相机成像中的影像坐标)进行内方位元素解算，得到中心成像相机的主点和主距。
步骤(四)：组合计算中心不成像相机的观测值。
按照相机系统设计的几何关系，利用中心成像相机的内方位元素和相机间相对位置关系，计算中心不成像相机的虚拟中心，并据此计算各个靶标在各个相机影像上的像高值，其中，中心不成像相机的虚拟中心为由中心成像相机计算转换得到的中心区域不成像相机的影像中心位置，像高值为靶标成像点到不成像相机的虚拟中心的距离。如图1所示，P1为中心视场成像相机①的计算中心，利用相机①与相机②的位置关系，将P1坐标转换到相机②的坐标系下，并用于计算像高值xi，最后求解得到计算后的主点位置P2
步骤(五)：对中心不成像相机观测值赋权。
赋值原理与步骤(二)相同，对中心不成像相机的观测角进行赋权，观测角度对称时应具有相同的权值，中心不成像相机观测值赋权为某个二维转台转角的赋权数值为当前二维转台转角下中心不成像相机畸变设计值平方的倒数。
步骤(六)：采用精密测角法解算中心不成像相机。
采用精密测角法对中心不成像相机赋权后的观测值(观测值包括赋权后的各个二维转台转角及对应的靶标在相机成像中的影像坐标)进行内方位元素解算，得到中心不成像相机的主点和主距。
步骤(七)：综合计算结果得到整体的内方位元素。
对步骤(三)、步骤(六)求得的内方位元素进行平均得到整体内方位元素，完成适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校。
本发明步骤(二)和步骤(五)中，对观测角按照相机镜头畸变模型赋权，能够有效降低因视场不对称引起的检校精度下降问题。步骤(四)中，对中心不成像相机，利用中心成像相机的检校结果，结合相机间的相对位置关系，计算出虚拟中心，并据此计算该相机各靶标点对应的像高值，实现了中心区域不成像相机的检校。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)使用二维转台测量像高值和角度值；
(2)对中心成像相机观测值赋权；
(3)采用精密测角法解算中心成像相机；具体为：采用精密测角法对中心成像相机赋权后的观测值进行内方位元素解算，得到中心成像相机的主点和主距；观测值包括赋权后的各个二维转台转角及对应的靶标在相机成像中的影像坐标；
(4)计算中心不成像相机的观测值；具体为：
根据中心成像相机的内方位元素和相机间相对位置关系，计算中心不成像相机的虚拟中心，进而计算各个靶标在各个相机影像上的像高值，其中，中心不成像相机的虚拟中心为由中心成像相机计算转换得到的中心区域不成像相机的影像中心位置，像高值为靶标成像点到不成像相机的虚拟中心的距离；
(5)对中心不成像相机观测值赋权；
(6)采用精密测角法解算中心不成像相机；具体为：采用精密测角法对中心不成像相机赋权后的观测值进行内方位元素解算，得到中心不成像相机的主点和主距；观测值包括赋权后的各个二维转台转角及对应的靶标在相机成像中的影像坐标；
(7)对步骤(3)、步骤(6)得到的内方位元素计算得到拼接式相机的整体内方位元素，完成适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校。
2.根据权利要求1所述的一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，其特征在于：所述的使用二维转台测量像高值和角度值的方法为：
将拼接式相机系统的入瞳位置放置在二维转台的旋转中心，将靶标放置在平行光管的焦面位置，其中，靶标为沿一维方向等距离分布的十字标记，平行光管对准二维转台的旋转中心，控制二维转台沿十字靶标排列方向转动，使得相机系统中各个相机借助平行光管在不同旋转角度下对靶标成像，得到不同二维转台转角下靶标在相机成像中的影像坐标，包括像高值和角度值。
3.根据权利要求2所述的一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，其特征在于：所述的对中心成像相机观测值赋权的方法为：
根据中心成像相机模型对中心成像相机对应的各个二维转台转角进行赋权，其中，二维转台转角对称时应具有相同的权值，中心成像相机某个二维转台转角的赋权数值为当前二维转台转角下中心成像相机畸变设计值平方的倒数。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于非对称视场的拼接式相机的实验室检校方法，其特征在于：所述的对中心不成像相机观测值赋权的方法为：
根据中心不成像相机模型对中心不成像相机对应的各个二维转台转角进行赋权，其中，二维转台转角对称时应具有相同的权值，中心不成像相机某个二维转台转角的赋权数值为当前二维转台转角下中心不成像相机畸变设计值平方的倒数。
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