非量测型数码相机的检校

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1、1绪论1随着近景摄影测量应用范围的日益拓广，获取影像的设备也越来越多样化，数码相机在摄影测量中得到了广泛的应用。用于摄影测量的相机总体上可分为量测相机和非量测相机。对于专门为测量而设计的量测相机，具有已知的内方位元素、焦距、较小的镜头畸变以及定向设备，能达到相当高的精度；相对于价格较贵且设备复杂的量测相机而言，非量测相机以其低廉的价格、灵巧、便携等特点在实际中取得了广泛的应用，但它没有准确地测定内方位元素的设施或提供这方面的数据，透镜组的排列没有进行严格的校正，往往有畸变差等光学缺陷存在。由于普通

2、数码相机是非量测型的，当用于测量时，由于内方位元素未知，不够稳定或不能重复拨定，或时有变化，因而不能进行像位的解析计算，需要对相机内参数进行检校，即求解相机内方位元素(主距与像主点位置)与多种畸变参数，因此，将数码相机应用于测绘时需进行相机检校。1．1课题的背景及研究的意义近景摄影测量是通过摄影和随后的图像处理以及摄影测量处理来获取被摄目标形状、大小和运动状态的一门技术【l】。它是在地面上近距离范围内进行的，摄影距离一般小于300米。与其他的测量手段相比，它的优点在于它兼有非接触性量测手段，远离摄

3、影对象，不伤及被测物体，能躲避危险环境，信息丰富，容易储存，可重复使用，精度高，速度快，特别适用于测量容有大批量点位的目标。近景摄影测量作为摄影测量的一个重要分支，近年来获得了很大的发展，研究应用领域已涉及空间飞行器制造、航空工业、船舶工业、汽车工业、核能工业、化学工业、医学、生物工程、公安刑事侦破、交通事故及其他事故现场处理、园林、考古、文物保护、古建筑建档和恢复、大型工程建设监测、滑坡监测、罐体容积测定、高精度三维测量等方面，获得了大量的成功经验，其发展前景十分广阔。在实际的应用中，近景摄影测

4、量对精度的要求比较高，特别是在机械制造、汽车工业等方面，为了满足精度要求，需要选择能够提供相应精度的设备，因此，为了保证摄影设备能提供较高的量测精度，需要对设备各个参数指标进行精确的检校。相机检校理论上可归结为在一定的约束条件下解算相机内方位元素以及畸变参数的问题。近景摄影测量的基本任务就是从数码相机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息，并因此重建和识别物体。为了从数字影像提取几何信息，必须建立数字影像中像元与被摄物体表面相应的点之间的数学关系，这种关系由相机成像几何模型所决定，而该几何

5、模型的参数(即相机参数)需实验与计算确定，这个过称就称为相机检校。摄影测量中的相机检校就是检查和校正摄影机(摄像机)内方位元素和光学畸变西安科技大学硕士学位论文参数的过程，若考虑镜头的畸变参数则称为非线性检校，否则称为线性检校。数码相机检校的特点是其主距随所摄物体的距离而改变，而当其主距不同时，其畸变差的数据也随之而改变。数码相机检校的目的是恢复每张影像元素的正确形状，即借内方位元素恢复摄影中心与像片间的相对关系。为了恢复正确的成像原理，必须已知相机的内方位元素和各项畸变系数，进行普通数码相机的检

6、校就是为了获取相机的内方位元素(‰，％，．厂)和物镜畸变差值，因此内参数检校可以得到相机自身内部参数。非量测型数码相机作为一种重要的近景摄影测量量测设备，其量测精度是决定物方的点位精度的主要因素。衡量相机量测精度和稳定性的指标主要依据相机和镜头的一些参数，如内方位元素和镜头畸变系数等。因此对相机各个参数进行检校是该课题主要目的之一；另外，由于数码相机在测绘行业的广泛应用，需要对它在测量时的量测精度到底能够达到多高，以及量测稳定性如何等一些技术问题，做一些深入的实验和研究工作。本课题来源于西安科技大

7、学摄影测量实验室科研项目，主要解决近景摄影测量过程中非量测型数码相机检校布设控制场困难的问题。根据已有的理论，结合实际的需要，借鉴、对比一般相机检校方法【2J，以成熟、广泛使用的检校方法为参照，本文提出了基于共面条件的连续像对相对定向检校方法，通过实验获取数据，确定内方位元素、光学畸变等参数，实现对数码相机的检校，进而可以确定此相机量测时可以达到的精度，同时通过这些参数可以对测量的数据进行平差，从而保证满足较高的量测精度要求。1．2本课题国内外的研究动态及发展趋势由于相机和检校方法的多样化，相机的

8、检校并未标准化，根据检校环境的不同，常用的检校方法包括基于控制场检校方法、自检校方法和基于灭点的检校方法等。一般在进行检校时需要在所摄物体四周具备有足够数量的控制点，但在缺乏控制点的情况下，或者在特高测绘精度的要求下，则需要根据实际情况选择检校方法，以满足具体测量的任务要求。1．2．1基于控制场的检校方法经典的相机检校方法如实验室检校、实验场检校、在任检校、恒星检校等理论已经非常完善，这些传统的方法计算简单，对摄影的几何图形条件要求低，受内外参数相关性影响小且可以评定检校结果的好坏