一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法技术

本发明专利技术属于摄影测量技术领域，公开了一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法。主要包括：内方位元素、相对定向参数和镜头畸变系数标定的非线性控制方程组的建立方法。包括：测量物方测量区域内线段长度，采集影像并获取线段端点的左右影像坐标，建立相应控制方程组的方法；特征点提取、同名点匹配方法及相应的控制方程组建立方法。非线性方程组初始值获取方法。基于附有参数的条件平差理论，通过迭代剔除误差较大特征点，逐步趋近真值的非线性方程组解算方法。本发明专利技术定标简单实用，既适用于近距离小面积测量，也适用于远距离大面积测量。本发明专利技术创造性的给出了非线性方程组的解算方法，确保方程的收敛性和标定参数的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法


[0001]本专利技术属于摄影测量
，尤其涉及一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法。

技术介绍

[0002]目前，普遍采用非测量相机进行近景测量，非测量相机进行摄影测量时需要提前对相机的内方位元素、相对定向参数、镜头畸变系数等参数进行标定。常用方法是二维靶标标定法，三维靶标标定方法等。典型的二维靶标标定方法是张正友的棋盘格(圆点)标定法，该方法一般是先在室内标定出内方位元素和畸变系数，然后去现场测量，利用现场测量影像对标定出相对定向参数。这种方法常用于近距离小视场的相机标定，对CCD面和焦距都较大的相机在远距离、大视场测量时标定起来比较困难。与立体摄影测量相关的研究机构往往会建设专业三维相机标定场，其标定精度较高但其仅对部分人开放，且也需要先在室内标定出内方位元素和畸变系数，然后去现场测量，利用现场测量影像对标定出相对定向参数，由于加工大尺寸三维标定场困难，其也不太适合远距离大视场测量。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有二维靶标和三维靶标标定法常用于测量距离近，视场较小的相机标定，而对测量距离较大，大场景测量时标定起来比较困难。
[0004]解决以上问题及缺陷的难度为：建设大尺寸二维、三维标靶是解决大场景远距离测量定标问题的一个途径，但是这种方法加工难度大，花费高，难以普及。
[0005]解决以上问题及缺陷的意义为：针对这种问题本专利技术提出了一种基于距离方程的摄影测量定标方法，该方法标定简单易操作、省时省力，费用低，既适用于近距离小面积测量，也适用于长距离大视场测量，有利于推动摄影海浪测量等远距离大视场摄影测量的发展。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，所述智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法包括：选取少量特征点，依次通过相对定向的直接解到13参数控制方程组的解，参数由少到多的确定控制方程组的初始值；扩大特征点数量，依次通过迭代的方式逐步剔除匹配质量较低的特征点对，使待求参数逐步逼近真值，最后得到精确的内方位元素、畸变系数和相对定向参数值。
[0008]进一步，所述智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法包括以下步骤：
[0009]步骤一，测量物方测量区域内线段长度，为列距离方程做准备；
[0010]步骤二，采集影像获取线段端点的左右影像坐标，列出部分控制方程；
[0011]步骤三，均匀生成10
×
10个特征点，确定所述特征点的同名点，为列共面方程做准
备；
[0012]步骤四，建立内方位元素、相对定向参数和镜头畸变系数标定的非线性控制方程组；
[0013]步骤五，确定所述非线性控制方程组的迭代解的初始值；
[0014]步骤六，进行所述非线性控制方程组的精确迭代解；
[0015]步骤七，采用“金字塔+最小二乘”匹配方法实现同名点的精确查找。
[0016]进一步，步骤一中，所述测量物方测量区域内线段长度，包括：
[0017]在物方观测区域测量不低于6条不在同一个平面的线段的长度；其中，所述线段端点周围纹理清晰，可作为特征点提取。
[0018]进一步，步骤二中，所述采集影像获取线段端点的左右影像坐标，列出部分控制方程，包括：
[0019]采集测量区影像，应用malab imshow命令显示测量影像，首先人工识别线段各端点在左右影像的坐标，然后用金字塔影像匹配方法和最小二乘匹配方法精确获得右影像中线段端点同名点坐标。
[0020]每一同名点列一个共面方程，每一条线段列一个距离方程，所述共面方程和距离方程均是参数控制方程的一部分。
[0021]进一步，步骤三中，所述均匀生成10
×
10个特征点，确定所述特征点的同名点，包括：
[0022]按3
×
3个像素平均为一个像素生成3层金字塔影像，自下而上依次称为第一、二、三层影像；将左影像均匀分成10
×
10个区域，在每个区域内提取一个特征点；其中，利用Moravec算符提取特征点，并按照步骤七同名点匹配办法匹配出对应的右影像同名点。
[0023]进一步，步骤四中，所述建立内方位元素、相对定向参数和镜头畸变系数标定的非线性控制方程组，包括：
[0024]以左相机主光轴为z轴，x轴、y轴分别平行于CCD的行方向和列方向建立坐标系o
‑
xyz，以下称为左相机坐标系，同理建立右相机坐标系o'
‑
x'y'z'。被测物体上的一点A(x
A
,y
A
,z
A
)在左右相机上各有一个像点a(x
a
,y
a
,
‑
f)、a'(x'
a'
,y'
a'
,
‑
f')，则直线oa、o'a'和oo'共面，即：
[0025][0026]设被测物理上的两个点A(x
A
,y
A
,z
A
)、B(x
B
,y
B
,z
B
)之间的距离为l，则有：
[0027][0028]其中，方程(1)(2)即为内方位元素、相对定向参数、镜头畸变系数标定的控制方程。
[0029]进一步，步骤五中，所述确定所述非线性控制方程组的迭代解的初始值，包括：
[0030]由方程(1)、(2)组成的方程组是非线性方程组，含有左相机内方位元素x0、y0、f和右相机内方位元素x0'、y0'、f'，左相机一阶径向畸变系数k1和右相机径向畸变系数k1'以及相对定向参数ω、ω'、κ'和基线长度D。这里的畸变系数满足如下畸变方程，即仅考虑1阶径向畸变。
[0031][0032]其中，
[0033]一个同名点对可列出一个方程(1)，物方一段距离可列出一个方程(2)，当方程的总数量大于14个时，采用附有参数的平差的方法求解。为了方程的收敛性做无量纲变换：
[0034][0035][0036]其中，f0、f0'为相机镜头焦距，θ
x
、θ
y
、θ
x
'、θ
y
'为无量纲量，其物理意义是CCD中心矢量的x轴、y轴方向分量与z轴的夹角，是小量。
[0037]初始值的选取是非线性方程组收敛的最重要前提，所述初始值按如下方法选θ
x
、θ
y
、θ
x
'、θ
y
'的初始值为零，f、f'初始值取镜头标注的焦距，用米尺测量的基线长度D作为其初始值；采用相对定向直接解方法确定相对定向参数的初始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，所述智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，包括：选取少量特征点，依次通过相对定向的直接解到13参数控制方程组的解，参数由少到多的确定控制方程组的初始值；扩大特征点数量，依次通过迭代的方式逐步剔除匹配质量较低的特征点对，使待求参数逐步逼近真值，最后得到精确的内方位元素、畸变系数和相对定向参数值。2.如权利要求1所述智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，所述智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法包括以下步骤：步骤一，测量物方测量区域内线段长度；步骤二，采集影像获取线段端点的左右影像坐标，列出部分控制方程；步骤三，均匀生成10
×
10个特征点，确定所述特征点的同名点；步骤四，建立内方位元素、相对定向参数和镜头畸变系数标定的非线性控制方程组；步骤五，确定所述非线性控制方程组的迭代解的初始值；步骤六，进行步骤六所述非线性控制方程组的精确迭代解；步骤七，采用“金字塔+最小二乘”匹配方法实现同名点的精确查找。3.如权利要求2所述的智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，步骤一中，所述测量物方测量区域内线段长度，包括：在物方观测区域测量不低于6条不在同一个平面的线段的长度；其中，所述线段端点周围纹理清晰，可作为特征点提取。4.如权利要求2所述的智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，步骤二中，所述采集影像获取线段端点的左右影像坐标，列出部分控制方程，包括：采集测量区影像，应用malab imshow命令显示测量影像，首先人工识别线段各端点在左右影像的坐标，然后用金字塔影像匹配方法和最小二乘匹配方法精确获得右影像中线段端点同名点坐标；每一同名点列一个共面方程，每一条线段列一个距离方程，所述共面方程和距离方程均是参数控制方程的一部分。5.如权利要求2所述的智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，步骤三中，所述均匀生成少数，如10
×
10个，特征点，确定所述特征点的同名点，包括：按3*3个像素平均为一个像素生成3层金字塔影像，自下而上依次称为第一、二、三层影像；将左影像均匀分成10*10个区域，在每个区域内提取一个特征点；其中，利用Moravec算符提取特征点，并按照“金字塔+最小二乘”匹配方法匹配出对应的右影像同名点。6.如权利要求2所述的智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，步骤四中，所述建立内方位元素、相对定向参数和镜头畸变系数标定的非线性控制方程组，包括：以左相机主光轴为z轴，x轴、y轴分别平行于CCD的行方向和列方向建立坐标系o
‑
xyz，以下称为左相机坐标系，同理建立右相机坐标系o'
‑
x'y'z'；被测物体上的一点A(x
A
,y
A
,z
A
)在左右相机上各有一个像点a(x
a
,y
a
,
‑
f)、a'(x'
a'
,y'
a'
,
‑
f')，则直线oa、o'a'和oo'共面，即：设被测物理上的两个点A(x
A
,y
A
,z
A
)、B(x
B
,y
B
,z
B
)之间的距离为l，则有：
其中，方程即为内方位元素、相对定向参数、镜头畸变系数标定的控制方程。7.如权利要求2所述的智能立体摄影内方位、相对定向和畸变系数标定方法，其特征在于，步骤五中，所述确定所述非线性控制方程组的迭代解的初始值，包括：由方程组成的方程组是非线性方程组，含有左相机内方位元素x0、y0、f和右相机内方位元素x0'、y0'、f'，左相机一阶径向畸变系数k1和右相机径向畸变系数k1'以及相对定向参数ω、ω'、κ'和基线长度D；这里的畸变系数满足如下畸变方程，即仅考虑1阶径向畸变；其中，一个同名点对可列出一个方程物方一段距离可列出一个方程当方程的总数量大于14个时，采用附有参数的平差的方法求解；为了方程的收敛性做无量纲变换：收敛性做无量纲变换：其中，f0、f0'为相机镜头焦距，θ
x
、θ
y
、θ
x

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文正，乔方利，王英霞，袁业立，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：