CN109544644A - 用于标定相机的室外检校场及建立方法 - Google Patents

用于标定相机的室外检校场及建立方法 Download PDF

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CN109544644A CN201811393838.6A CN201811393838A CN109544644A CN 109544644 A CN109544644 A CN 109544644A CN 201811393838 A CN201811393838 A CN 201811393838A CN 109544644 A CN109544644 A CN 109544644A
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陈尚云
王渊
饶兴贵
刘非
李旭
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Abstract

本发明公开了一种用于标定相机的室外检校场及建立方法，包括基准网和多个像控点，多个像控点设置在建筑物立面上，在建筑物立面上呈均匀设置的矩阵布设,多个像控点在建筑物的水平面上呈多层次布设；基准网包括多个观测点，多个观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个所述像控点；本发明的检校场是大面积且有起伏、层次的三维检校场，适用于大面阵相机的标定，同时本发明的检校场有效提高了室外检校场的精度，同时能够获取“无穷远”处、满幅面且调焦清晰的检校场影像，满足1:500测图精度的标定要求。

Description

用于标定相机的室外检校场及建立方法
技术领域
本发明涉及航空摄影测量技术领域，尤其是涉及一种用于标定相机的室外检校场及建立方法。
背景技术
随着无人机航空摄影测量生产大比例尺地形图方法的大规模应用，数码相机的检校工作也越来越频繁，目前采用的委托检校方式由于存在检校不合格、检校周期长和检校成本高等原因，使得委托检校越来越不能满足具体工作的需要，为了很好解决这一问题，建立一个高精度的室外检校场具有非常重要的现实意义。
目前的相机检校场大多都位于室内，利用对室内标志点的测量，并根据相应的数学模型计算相机的焦距、畸变参数，目前，国内已经有几种室内的数码相机检校场，但是，由于航空摄影相机在使用时都要求调焦至无穷远，室内检校场很难实现相机处于“无穷远”位置拍照并且获取到满幅、清晰的检校场影像。即使获取到勉强符合条件的影像，对拍摄技巧以及外部条件要求都很高，拍摄难度很大，标定难度大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了用于标定相机的室外检校场及建立方法，通过建立本发明的室外检校场，通过专门的标定软件对采集的影像进行后处理计算，实现对航摄相机参数的高精度检校。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
具体的，用于标定相机的室外检校场，包括基准网和多个像控点，多个所述像控点设置在建筑物立面上，在建筑物立面上呈均匀设置的矩阵布设,多个像控点在建筑物的水平面上呈多层次布设；所述基准网包括多个观测点，多个所述观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个所述像控点。
进一步的，所述像控点为圆形铁片，中心为黑色圆点。
进一步的，所述像控点为直径80mm的圆形铁片。
进一步的，所述像控点的数量大于相机检校参数的三倍。
进一步的，所述相机检校参数包括畸变系数、像主点及焦距。
具体的，用于标定相机的室外检校场的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
在建筑物立面均匀设置多个像控点，多个所述像控点在建筑物立面呈矩阵布设，在建筑物水平面呈多层次布设；
建立基准网，所述基准网包括多个观测点，多个所述观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个所述像控点；
对多个所述观测点按边角网进行观测，测定观测点的坐标；
通过所述观测点对多个所述像控点进行观测，根据观测点的坐标测定像控点的坐标；
通过所述像控点的坐标对相机进行检校参数标定。
进一步的，测定所述观测点及像控点的坐标采用全圆观测法。
进一步的，所述观测点的坐标测定包括测定所述基准网的三角形最大闭合差，基准网的三角形最大闭合差不大于±3.5″。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
现有检校场自身精度往往不能满足1:500测图精度的标定要求，而室内检校场无法获取“无穷远”处、满幅面且调焦清晰的检校场影像，且室内检校场面积较小，不适用于大面阵相机的标定；本发明的检校场是大面积且有起伏、层次的三维检校场，适用于大面阵相机的标定，同时本发明的建立方法有效提高了室外检校场的精度，满足1:500测图精度的标定要求。
附图说明
图1为本发明优选实施例的室外检校场像控点立面设置示意图；
图2为本发明优选实施例的室外检校场像控点水平面设置示意图；
图3为本发明优选实施例的室外检校场基准网结构示意图；
图4为本发明的用于标定相机的室外检校场建立方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1、图2所示，用于标定相机的室外检校场，包括基准网和多个像控点，多个像控点设置在建筑物立面上，在建筑物立面上呈均匀设置的矩阵布设,多个像控点在建筑物的水平面上呈多层次布设；如图3所示，基准网包括多个观测点，本实施例中设置6个观测点，多个观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个像控点。
检校场选择交通方便、受外界影响小、基础稳定、相对牢固且不易拆迁的建筑物，具有满足像控点标志精度要求的建筑物棱角，且建筑物棱角误差不大于照片像元大小的1/3,建筑物凹凸部分距相机检校照片摄影站的距离差不小于平均摄影距离的1/3，本实施例中，像控点设置在建筑物的立面及电梯井顶部建筑物棱角非常分明的墙角、窗角等位置，并在立面呈均匀的矩阵分布，在建筑物呈多层次的分布。
像控点为圆形铁片，直径为80mm，中心为黑色圆点。
进一步的，像控点的数量大于相机检校参数的三倍，相机检校参数包括畸变系数、像主点及焦距。
如图4所示，用于标定相机的室外检校场的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
在建筑物立面均匀设置多个像控点，多个像控点在建筑物立面呈矩阵布设，在建筑物水平面呈多层次布设；
建立基准网，基准网包括多个观测点，多个观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个像控点；
对多个观测点按边角网进行观测，测定观测点的坐标；
通过观测点对多个像控点进行观测，根据观测点的坐标测定像控点的坐标；
通过像控点的坐标对相机进行检校参数标定。
进一步的，测定观测点及像控点的坐标均采用全圆观测法，基准网点水平方向观测采用用0.5″级全站仪观测6测回，像控点水平方向观测后视两个基准网观测点，采用0.5″级全站仪观测4测回；采用0.5″级全站仪观测时，两次照准读数差不大于±4.0″，半测回归零差不大于±6.0″，一测回中2C较差和同方向相邻测回2C较差应不大于±9.0″，同方向各测回方向值较差不大于±6.0″。
进一步的，观测点的坐标测定包括测定基准网的三角形最大闭合差，基准网的三角形最大闭合差不大于±3.5″。
检校场建立后使用不少于两种型号的相机拍照，将检校场照片输入电脑，在电脑上量测各像控点的相片坐标，将像控点的相片坐标和检校场坐标输入相机检校软件，解算出相机的内方位元素和畸变系数，内方位元素包括主像点坐标和焦距。然后参照航摄的要求在摄影基线两端对准检校场各拍一张照片，利用相机的内方位元素和畸变系数，通过纠正软件对照片进行纠正，得到纠正后的检校场照片，将纠正后的检校场照片输入电脑，再在电脑上量测纠正后检校场照片各像控点的相片坐标，将像控点的相片坐标和检校场坐标输入像片外方位元素解算软件，解算出纠正后的两站照片的外方位元素，用照片前方交会的方法计算出各像控点坐标，通过照片前方交会的坐标与检校场已知坐标比较，求出照片前方交会坐标的精度，用以验证检校场精度。
数码相机检校参数的精度应以误差影响忽略不计原则确定，根据规范GB 50026-2007《工程测量规范》表5.1.5-1图上地物点中误差一般地区为0.8mm，城镇建筑区、工矿区为0.6mm，平坦地区基本等高距为0.5m，再根据规范GB/T 7931-2008《1:5001:10001:2000地形图航空摄影测量外业规范》第6.1节规定的像控点平面位置中误差不超过地物点的1/5，高程中误差不超过基本等高距的1/10，因此1:500地形图像控点的精度为：平面位置中误差不大于60mm，高程中误差不大于50mm，空间位置中误差不大于78mm。
本实施例中，拍摄平均距离为50m，按35mm焦距的相机实际作业时，1:500地形图航高约为检校场摄影距离的8倍，确定检校场像控点精度时按高点要求取10倍计算，按误差影响忽略不计原则可得本发明检校场的像控点平面中误差为2mm，高程中误差为1.6mm，数码相机检校场基准网点和像控点空间位置中误差小于1.5mm。
根据NB/T 35029-2014表3.0.2和表3.0.4的要求图根点平面中误差为图上0.1mm，按照误差忽略不计原则，用于计算相机参数的控制点中误差不应大于图根控制点中误差的1/3，本实施例分别采用Sonyα7RM2，35mm镜头和Sonyα7R，28mm镜头，通过本发明的检校场按1:500的测图比例尺对相机进行参数标定，分别对Sonyα7RM2和Sonyα7R的检校场像控点等效中误差和图根点中误差进行验证，其中，采用Sonyα7RM2，35mm镜头时，在相对航高397m的拍摄情况下，检校场像控点等效中误差为12.00mm，图根点中误差为70.00mm；采用Sonyα7R，28mm镜头，在相对航高292m的拍摄情况下时，检校场像控点等效中误差为8.75mm，图根点中误差为70.00mm，上述可知，本发明的检校场具有优良的精度，可满足1:500无人机航测数码相机的检校。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于标定相机的室外检校场，其特征在于，包括基准网和多个像控点，多个所述像控点设置在建筑物立面上，在建筑物立面上呈均匀设置的矩阵布设,多个像控点在建筑物的水平面上呈多层次布设；所述基准网包括多个观测点，多个所述观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个所述像控点。
2.根据权利要求1所述的用于标定相机的室外检校场，其特征在于，所述像控点为圆形铁片，中心为黑色圆点。
3.根据权利要求2所述的用于标定相机的室外检校场，其特征在于，所述像控点为直径80mm的圆形铁片。
4.根据权利要求1所述的用于标定相机的室外检校场，其特征在于，所述像控点的数量大于相机检校参数的三倍。
5.根据权利要求5所述的用于标定相机的室外检校场，其特征在于，所述相机检校参数包括畸变系数、像主点及焦距。
6.用于标定相机的室外检校场的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
在建筑物立面均匀设置多个像控点，多个所述像控点在建筑物立面呈矩阵布设，在建筑物水平面呈多层次布设；
建立基准网，所述基准网包括多个观测点，多个所述观测点分散设置在建筑物外围，每个观测点均能完全观测到多个所述像控点；
对多个所述观测点按边角网进行观测，测定观测点的坐标；
通过所述观测点对多个所述像控点进行观测，根据观测点的坐标测定像控点的坐标；
通过所述像控点的坐标对相机进行检校参数标定。
7.根据权利要求6所述的用于标定相机的室外检校场，其特征在于，测定所述观测点及像控点的坐标采用全圆观测法。
8.根据权利要求6所述的用于标定相机的室外检校场，其特征在于，所述观测点的坐标测定包括测定所述基准网的三角形最大闭合差，基准网的三角形最大闭合差不大于±3.5″。
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