CN112735245A - 一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置及方法 - Google Patents

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闫文林
张连蓬
王李娟
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Abstract

一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，觇标装置包括底板和若干摄影觇标，底板为方形，底板上具有若干连接点，摄影觇标包括面板和尾部，面板上具有正方形黑白图框，面板的中心具有十字标志，觇标尾部用于将觇标装置固定在底板的连接点上。本发明在不移动相机平台的条件下，通过一套摄影测量觇标变换装置来实现相机平台相对于觇标组的运动，由此复现摄影测量的动态过程。本发明可以有效避免相机平台的振动噪声，还可以有效地实现摄影测量工作中的相机标定、前方交会和后方交会等工作流程。本发明的装置及方法精度高、结构简单、成本低、功能完整，可以更为有效服务于摄影测量教学和研究工作。

Description

一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置及方法
技术领域
本发明涉及摄影测量技术领域，具体涉及一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置及使用方法。
背景技术
现有的摄影测量教学和测试装置普遍采用移动相机平台的方法来实现摄影测量过程的仿真或模拟，这些做法较为直观地复现了动态摄影测量的过程，比如：
[1]卞玉霞等，一种摄影测量中解析空中三角测量教学装置[CN201911145345.5]
[2]杨国东等，一种用于测绘教学实验的倾斜摄影测量装置[CN201420140836.7]
[3]刘舒等，一种便携式手动航空摄影测量模拟教学装置[CN201911335192.0]
但是，现有的方法主要通过机动或手动装置带动相机平台运动，装置的结构较为复杂，并且容易引入振动噪声，影响测量结果的精度。与此同时，目标装置通常不具有高精度的空间坐标信息，不能实现相机内方位元素的标定过程，只能简单实现前方交会或后方交会的过程，功能不完整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置及使用方法，通过将相机装置固定，在相机前方一块平放的格网装置中变换安置一套觇标组来实现目标场景的快速切换，并且安置在格网点上的觇标装置相对相机中心具有高精度的空间位置信息，可以更为有效的复现摄影测量的相机标定、后方交会和前方交会的过程。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：
一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，其特征在于，包括底板和若干摄影觇标，底板为矩形，底板上具有若干连接点，摄影觇标包括面板和尾部，面板上具有正方形黑白图框，面板的中心具有十字标志，觇标尾部用于将觇标装置固定在底板的连接点上，且各觇标中心具有不同的高度。
作为一种优选的技术方案，所述底板是金属板。
作为一种优选的技术方案，所述若干连接点组成矩形格网。
作为一种优选的技术方案，所述连接点是矩形槽孔，所述觇标尾部为矩形柱头。
作为一种优选的技术方案，所述觇标尾部为高度可调的伸缩柱头。
本发明还提供了一种近景摄影测量教学与测试方法，包括：
S1：将相机系统S固定在三角架上，量取相机中心到地面投影点O的距离，计为Ho；
S2：在相机的正前方水平安放金属底板，量取相机中心至金属底板平面距离计为d，量取金属底板的宽度计为w，量取金属底板至地面的距离计为H；
S3：在底板的槽孔中插入一组觇标装置，利用三角架上固定的相机系统对金属底板上的觇标装置组进行第1次拍照；
S4：第1次拍照完成以后，变换觇标组分布的位置，然后进行第2次拍照；
重复步骤S3和S4，通过不断变换觇标位置实现相机系统相对于摄影觇标的相对运动，复现动态摄影测量的过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
现有的摄影测量教学和测试装置通过机动或者手动装置带动相机平台移动，从而实现摄影测量过程的模拟和仿真。这种做法会引入平台的振动噪声，导致测量结果的不准确，并且难以实现相机标定的功能。本发明在不移动相机平台的条件下，通过一套摄影测量觇标变换装置来实现相机平台相对于觇标组的运动，由此复现摄影测量的动态过程。本发明可以有效避免相机平台的振动噪声，还可以有效地实现摄影测量工作中的相机标定、前方交会和后方交会等工作流程。本发明具有精度高、结构简单、成本低、功能完整等优点，可以更为有效服务于摄影测量教学和研究工作。
附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图；
图2是摄影觇标的结构示意图；
图3是本发明的操作方法示意图；
图4是变换觇标组的详细过程示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1：
本发明的装置如图1所示，该装置由金属底板101、金属底板上的方形槽孔102、摄影觇标103三部分组成。摄影觇标103的结构如图2所示，觇标上面板201为正方形黑白图框，其中心为一“十”字标志，觇标的十字中心到觇标底部的高度hk可以精确量取，并且每个觇标的高度不同，觇标尾部202主要用于觇标装置与102金属底板槽孔的连接。
本发明装置的操作方法如图3所示，首先将相机系统S固定在三角架上，量取相机中心到地面投影点O的距离，计为Ho。然后在相机的正前方水平安放金属底板，量取相机中心至金属底板平面距离计为d，量取金属底板的宽度计为w，量取金属底板至地面的距离计为H。在底板的金属槽孔中插入一组觇标装置，利用三角架上固定的相机系统对金属底板上的觇标装置组进行第1次拍照。第1次拍照完成以后，变换觇标组分布的位置，然后进行第2次拍照。以此类推，通过不断变换觇标位置拍照的方式实现相机系统相对于摄影觇标的相对运动，复现动态摄影测量的过程。
以4×4格网底板、66.7％影像重合率为例，上述两次拍照变换觇标组的详细过程如图4所示，其中黑色槽孔为安放了觇标装置的格网点。以第1次拍照时最左下方的格网点1-1的中心为平面坐标原点，坐标为(0,0)。那么其它格网点对应的平面坐标可以按照表1计算。
表1.第1次拍照时格网点中心的平面坐标
4 (d+w,0) (d+w,w/3)→B1 (d+w,2w/3) (d+w,w)
3 (d+2w/3,0) (d+2w/3,w/3) (d+2w/3,2w/3)→C1 (d+2w/3,w)
2 (d+w/3,0)→A1 (d+w/3,w/3) (d+w/3,2w/3) (d+w/3,w)
1 (0,0) (0,w/3) (0,2w/3) (0,w)→D1
1 2 3 4
第1次拍照时的相机坐标为S1(-d,w/2,H0)，各觇标中心的坐标为A1(d+w/3,0,H+HA1)，B1(d+w,w/3,H+HB1)，C1(d+2w/3,2w/3,H+HC1)，D1(0,w,H+HD1)，其中H A1…D1为第一次拍照时，各觇标中心到觇标底部的高度，对应图2的Hk。
第2次拍照时的相机坐标为S2(-d,5w/6,H0)，觇标B2，C2，D2分别由B1，C2，D1左移得到的同名点，三个觇标中心的空间坐标在变换前后相同，但两次拍照的影像坐标不同，这样就形成了三组立体像对；觇标E2由A1变换位置得到。因此，图4中的格网点对应的平面坐标可以按照表2计算。
表2.第2次拍照时格网点中心的平面坐标
4 (d+w,w/3)→B2 (d+w,2w/3) (d+w,w) (d+w,4w/3)→E2
3 (d+2w/3,w/3) (d+2w/3,2w/3)→C2 (d+2w/3w) (d+2w/3,4w/3)
2 (d+w/3,w/3) (d+w/3,2w/3) (d+w/3,w) (d+w/3,4w/3)
1 (0,w/3) (0,2w/3) (0,w)→D2 (0,4w/3)
1 2 3 4
利用上述方法进行多次拍照，即可实现相机系统相对于摄影觇标的相对运动，复现动态摄影测量的过程。在拍照过程中可以计算出觇标组在不同时刻的空间坐标(Xk,Yk,Hk)i，及其对应的影像坐标(xk,yk)i，其中k表示觇标标识号，i表示不同观测时刻。这样就形成了一个严格的相机三维检校场，在这个检校场中通过多次拍照实现高精度控制场的变换，进而可以对相机的主点位置(x0,y0)、主距f和光学畸变参数等内方位元素进行严格标定。
除了相机标定功能之外，本发明结合觇标组在不同时刻的空间坐标(Xk,Yk,Hk)i和影像坐标(xk,yk)i，以及相机中心的空间坐标(Xs,Ys,Hs)i,还可以有效用于摄影测量前方交会和后方交会过程的模拟及精度验证。

Claims (6)

1.一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，其特征在于，包括底板和若干摄影觇标，底板为矩形，底板上具有若干连接点，摄影觇标包括面板和尾部，面板上具有正方形黑白图框，面板的中心具有十字标志，觇标尾部用于将觇标装置固定在底板的连接点上，且各觇标中心具有不同的高度。
2.根据权利要求1所示的一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，其特征在于，所述底板是金属板。
3.根据权利要求1所示的一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，其特征在于，所述若干连接点组成矩形格网。
4.根据权利要求3所示的一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，其特征在于，所述连接点是矩形金属槽孔，所述觇标尾部为矩形金属柱头，用于插入连接点的金属孔槽实现觇标固定，并且不同高度的摄影觇标可以自由固定在底板的各连接点上。
5.根据权利要求1所示的一种用于近景摄影测量教学与测试的觇标装置，其特征在于，所述觇标尾部为高度可调的伸缩杆。
6.一种近景摄影测量教学与测试方法，其特征在于，包括：
S1：将相机系统S固定在三角架上，量取相机中心到地面投影点O的距离，计为Ho；
S2：在相机的正前方水平安放金属底板，量取相机中心至金属底板平面距离计为d，量取金属底板的宽度计为w，量取金属底板至地面的距离计为H；
S3：在底板的连接点上插入一组觇标装置，利用三角架上固定的相机系统对金属底板上的觇标装置组进行第1次拍照；
S4：第1次拍照完成以后，变换觇标组分布的位置，然后进行第2次拍照；
S5：重复步骤S3和S4，通过不断变换觇标位置实现相机系统相对于摄影觇标的相对运动，复现动态摄影测量的过程。
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