一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法技术

本发明专利技术有关于一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，包括以下具体步骤：摆放标志点；用相机对着标志点，从不同角度和位置拍照，至少拍摄4张照片；将拍摄到的图片进行处理，提取识别照片上的标志点；根据编码号匹配标志点；根据共面方程做两张图像的相对定向；后方交会完成剩余图像的定向；根据共线方程联立计算标志点三维点坐标；采用最小二乘原理，作整体平差，将相机畸变参数、相机内外方位元素、物方点坐标，通过平差迭代，计算出畸变参数。本发明专利技术采用相对定向，克服了已有方法中，需要精确地控制场坐标数据或畸变纠正不充分的问题。该畸变纠正方法适应畸变类型为镜头径向畸变、偏心畸变和像平面畸变的畸变纠正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摄影测量领域，一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法。
技术介绍
现有的相机镜头畸变校正方法，一般需要精确地控制场坐标数据，才能获得准确的畸变纠正参数。专利CN104036496公开了一种鱼眼镜头相机径向畸变的自标定方法，但该方法较为繁琐，需要使用畸变中心来求解，且该方法仅限于径向畸变的校正。有鉴于上述现有的相机镜头畸变校正方法存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，能够改进一般现有的相机镜头畸变校正方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种新的非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，通过相对定向，最终采用最小二乘整体平差方案，完成畸变类型为镜头径向畸变、偏心畸变和像平面畸变的畸变参数的纠正。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，包括以下具体步骤：步骤1，摆放标志点；步骤2，用相机对着标志点，从不同角度和位置拍照，至少拍摄4张照片；步骤3，将拍摄到的图片进行处理，提取识别照片上的标志点；步骤4，根据编码号匹配标志点；步骤5，根据共面方程做两张图像的相对定向；步骤6，后方交会完成剩余图像的定向；步骤7，根据共线方程联立计算标志点三维点坐标；步骤8，采用最小二乘原理，作整体平差，将相机畸变参数、相机内外方位元素、物方点坐标，通过平差迭代，计算出畸变参数。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的畸变自纠正方法，其中所述的步骤1中，标志点至少有8个。前述的畸变自纠正方法，其中所述的步骤2中，每张照片上拍摄到的标志点至少有4个。前述的畸变自纠正方法，其中所述的步骤3中，图片的处理包括以下步骤：a.阈值分割图像，将图像分成背景图像与标志点；b.计算标志点坐标；c.根据标志点的成像信息，组合标志点，识别出对应编码号。前述的畸变自纠正方法，，其中所述的步骤5中,所述的共面方程为：其中分别为P1，P2两张相片上的一个同名点对坐标，f为相机镜头焦距，Bx、By、Bz是相片P2的外方位。前述的畸变自纠正方法，其中所述的步骤6中，每张图像的定向采用4个非共线三维点完成，其处理过程是：首先，计算每张图像的初始摄站坐标，照片的三个旋转角初值设为0；然后，将照片的摄站坐标初值、三个旋转角初值代入共线方程，进行迭代求解照片定向参数的精确解；最后，利用第4个控制点消除多余解。前述的畸变自纠正方法，其中所述的步骤7中的共线方程为：其中，为纠正后的像点坐标，同时它也是镜头和图像畸变参数的函数，Xs，Ys，Zs，ai，bi，ci(i＝1，，，3)为图片的定向参数，x0,y0,f是内方位参数，k1,k2,k3为镜头径向畸变，P1，P2为镜头切向畸变，ap1,ap2为像平面畸变；X，Y，Z为物方点参数。前述的畸变自纠正方法，其中所述的步骤8中总体平差包括对方程②、③求畸变参数、外方位、内方位的偏导数，其中，F1为方程②，F2为方程③，为常数，是方程F1、F2输入初值后的数；Xs,Ys,Zs,φ,ω,κ是外方位参数。采用以上技术方案本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过相对定向完成初值计算，最终采用最小二乘整体平差进行精确计算，克服了已有方法中，需要精确地控制场坐标数据或畸变纠正不充分的问题。该畸变纠正方法适应畸变类型为镜头径向畸变、偏心畸变和像平面畸变的畸变纠正。且其降低畸变参数的计算难度，有利于提高摄影测量的精度。为社会生产提供更精准的测量数据，提高生产效率，创造社会财富。附图说明图1为本专利技术所用的标定装置示意图；图2为本专利技术单张图像定向示意图；图3为本专利技术一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法的步骤流程图。【主要元件符号说明】1：相机2：带有编码信息的标志点A,B,C为三个已知点坐标S为相机投影中心a,b,c为A,B,C的对应像点坐标具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法其具体方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。请参阅图3，本专利技术一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，包括以下步骤：第一步，准备8个以上的标志点，将其分散放置，放置范围随标志点数量的增加相应增大。第二步，使用相机对准标志点拍摄图片，每张图片上至少拍到4个标志点；拍摄图片时变换相机的位置，使相机从不同的位置拍摄，得到n张图片，n不小于4。第三步，处理图片，识别标志点。具体处理步骤如下：a.阈值分割图像，将图像分成背景图像与标志点；b.计算标志点坐标；c.根据标志点的成像信息，组合标志点，识别出对应编码号。第四步，根据编码号匹配标志点。第五步，根据共面方程做两张图像(P1，P2)的相对定向其中分别为P1，P2两张相片上的一个同名点对坐标，f为相机镜头焦距(方程中的未知数)，Bx、By、Bz是相片P2的外方位(方程中的未知数)。当P1，P2两张图片上有8对及以上的同名点时，就可以解算出相对定向参数。第六步，后方交会，完成剩余图像的定向。采用4个非共线三维点完成单张像片的定向，其处理过程是：首先，计算每张图像的初始摄站坐标，照片的三个旋转角初值设为0；然后，将照片的摄站坐标初值、三个旋转角初值代入共线方程，进行迭代求解照片定向参数的精确解；最后，利用第4个控制点消除多余解。第七步，计算标志点的三维点坐标根据共线方程联立计算标志点三维点坐标。为纠正后的像点坐标，同时它也是镜头和图像畸变参数的函数，参考公式④，⑤；Xs，Ys，Zs，ai，bi，ci(i＝1，，，3)为图片的定向参数，x0,y0,f是内方位参数，k1,k2,k3为镜头径向畸变，P1，P2为镜头切向畸变，ap1,ap2为像平面畸变；X,Y,Z为未知数，当有两个以上的同名点时，就可以列四个以上的方程组，就可以解算出三个未知数。第八步，最小二乘整体平差对方程②、③求畸变参数、外方位、内方位的偏导数其中，F1为方程②，F2为方程③，为常数，是方程F1输入初值后的数；同理Xs,Ys,Zs,φ,ω,κ是外方位参数，x0,y0,f是内方位参数，k1,k2,k3为镜头径向畸变，P1，P2为镜头切向畸变，ap1,ap2为像平面畸变；X,Y,Z为物方点参数。迭代计算，将三维点坐标、像点坐标、相片的定向参数代入到方程组，各畸变参数的初始值为0，迭代求解，得到畸变参数的精确解。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术做任何形式上的限制，虽然本专利技术已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本专利技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围内，当可利用上述揭示的
技术实现思路
做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，摆放标志点；步骤2，用相机对着标志点，从不同角度和位置拍照，至少拍摄4张照片；步骤3，将拍摄到的图片进行处理，提取识别照片上的标志点；步骤4，根据编码号匹配标志点；步骤5，根据共面方程做两张图像的相对定向；步骤6，后方交会完成剩余图像的定向；步骤7，根据共线方程联立计算标志点三维点坐标；步骤8，采用最小二乘原理，作整体平差，将相机畸变参数、相机内外方位元素、物方点坐标，通过平差迭代，计算出畸变参数。

【技术特征摘要】
1.一种非测量型相机镜头和感光芯片的畸变自纠正方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，摆放标志点；步骤2，用相机对着标志点，从不同角度和位置拍照，至少拍摄4张照片；步骤3，将拍摄到的图片进行处理，提取识别照片上的标志点；步骤4，根据编码号匹配标志点；步骤5，根据共面方程做两张图像的相对定向；步骤6，后方交会完成剩余图像的定向；步骤7，根据共线方程联立计算标志点三维点坐标；步骤8，采用最小二乘原理，作整体平差，将相机畸变参数、相机内外方位元素、物方点坐标，通过平差迭代，计算出畸变参数。2.根据权利要求1所述的畸变自纠正方法，其特征在于，其中所述的步骤1中，所述标志点至少有8个。3.根据权利要求1所述的畸变自纠正方法，其特征在于，其中所述的步骤2中，每张照片上拍摄到的标志点至少为4个。4.根据权利要求1所述的畸变自纠正方法，其特征在于，其中所述的步骤3中，图片的处理包括以下步骤：a.阈值分割图像，将图像分成背景图像与标志点；b.计算标志点坐标；c.根据标志点的成像信息，组合标志点，识别出对应编码号。5.根据权利要求4所述的畸变自纠正方法，其特征在于，其中所述的步骤5中,所述的共面方程为：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔庆，张卓辉，王志飞，向宇，李晓亮，夏璐璐，高梓翔，马向伟，
申请(专利权)人：河南埃尔森智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41