工程攝影測量中數(shù)碼相機(jī)檢校方法研究

王 樂 魏 斌 王 坤

吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林 長春 130021

1 引言

普通數(shù)碼相機(jī)由于體積小、重量輕、便利數(shù)字圖形采集和存儲等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但也存在了一些缺點(diǎn)，在量測過程中無法提供內(nèi)方位元素，由于存在著較大的鏡頭畸變差，導(dǎo)致像點(diǎn)、投影中心與對應(yīng)的物點(diǎn)之間的共線關(guān)系被破壞。因此在使用數(shù)碼相機(jī)獲取測量數(shù)據(jù)前，需要對相機(jī)進(jìn)行檢校，為了保證攝影測量成果質(zhì)量滿足解算精度要求。

常用的數(shù)碼相機(jī)檢校方法有：空間后方交會、直接線性變換，光線束自檢校以及多像滅點(diǎn)檢校法等。其中空間后方交會又包括單片空間后方交會和多片空間后方交會。

2 工程攝影測量中數(shù)碼相機(jī)檢校內(nèi)容

數(shù)碼相機(jī)的檢校內(nèi)容是通過獲取每個像束的正確位置，利用內(nèi)方位元素恢復(fù)攝影中心與像片之間的相對幾何關(guān)系。同時，必須掌握光學(xué)畸變系數(shù)才能恢復(fù)光束形狀。一般檢校內(nèi)容包括：主點(diǎn)位置(X。，Y。)與主距(f)的確定；光學(xué)畸變系數(shù)的測定等。

3 工程攝影測量中數(shù)碼相機(jī)檢校方法

數(shù)碼相機(jī)檢校方法很多，本文主要以兩種方法介紹數(shù)碼相機(jī)檢校。

3.1 多片空間后方交會檢校

多片空間后方交會檢校是一種基于共線條件方程的檢校方法，它以像點(diǎn)坐標(biāo)為觀測值，主要目的是解決內(nèi)方位元素()和一些附加參數(shù)()。但同時解決像片的外方位元素()。誤差方程式表示如下:

式中符號用矩陣表示如下：

3.2 直接線性變換法(DLT)

DLT是一種在像點(diǎn)的“坐標(biāo)儀坐標(biāo)”和對應(yīng)的物空間坐標(biāo)之間建立直接線性關(guān)系的算法。該算法在進(jìn)行非量測攝影測量過程中，不需要初始化的內(nèi)、外方位元素。在共線方程的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出來DLT方法。共線條件方程如下：

在此基礎(chǔ)上，利用DLT變換系數(shù)和畸變系數(shù)之間關(guān)系，利用迭代法求解相機(jī)主點(diǎn)和主距。

4 實(shí)驗(yàn)場地

實(shí)驗(yàn)場地標(biāo)定出已知空間坐標(biāo)，根據(jù)DLT和多片空間后方交會法進(jìn)行相機(jī)檢校，如表所示：

表一：檢校點(diǎn)中誤差

5 結(jié)論

本文主要介紹了直接線性變換(DLT)和多片空間后方交會。通過研究對比發(fā)現(xiàn)，這兩種方法都能達(dá)到高精度要求，而且可以通過冗余檢查點(diǎn)檢查結(jié)果的質(zhì)量。

直接線性變換解法的優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)行非量測攝影測量處理時，不需要內(nèi)、外方元素的初始近似值；缺點(diǎn)是需要高精度的已知結(jié)構(gòu)信息，檢校過程復(fù)雜。而多片空間后方交會是一種較為可靠且精度高的相機(jī)檢校方法，它利用DLT方法獲得攝像機(jī)內(nèi)、外方位元素的初始值，然后進(jìn)行計(jì)算。