数字航测相机的二维标定装置及其标定方法制造方法及图纸

数字航测相机的二维标定装置及其标定方法，由内方位仪、计算机、被测航测相机及平行光管组成，内方位仪为二维精密内方位仪，主要包括被检系统固定框架、俯仰轴、方位轴及两轴转台；被测航测相机安装在内方位仪的被检系统固定框架内；平行光管位于被测航测相机的前方；标定过程中，计算机通过驱动控制装置控制内方位仪的俯仰轴与方位轴的转动，对俯仰轴与方位轴内设置的编码器输出的数据采集，通过图像采集卡对被测航测相机进行像点位置采集，计算机利用采集的俯仰、方位编码器角度值及相应的像点位置像素坐标，通过数学模型，标定出被测航测相机的内方位元素及畸变。本发明专利技术实现大视场大面阵数字航测相机的精确标定，且标定装置简单，标定精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字航测相机的一种。技术背景为提高航测相机的测量精度，通常在每台航测相机执行航拍任务前，都需要进行严 格的标定，测出航测相机的内方位元素及畸变。目前的航测相机室内标定法大都属于纯光学标定法，包括正/反向节点滑轨法、 平行光管组法和测角法，其中正/反向节点滑轨法不适用于整架相机的畸变测量；平行 光管组法的测量装置复杂；传统测角法适用于胶片式航测相机，不适合大视场大面阵数 字航测相机的标定。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种数字航测相机的二维标定 装置及其标定方法，实现大视场大面阵数字航测相机的精确标定，且标定装置简单，标定精度高o本专利技术的技术解决方案数字航测相机的二维标定装置，由内方位仪、计算机、被 测航测相机及平行光管组成，所述的内方位仪为二维精密内方位仪，主要包括被检系统 固定框架、俯仰轴、方位轴及两轴转台；被检系统固定框架与俯仰轴相连，可随着俯仰 轴同步转动，两轴转台一端与俯仰轴相连，另一端与方位轴紧密相连，方位轴的转动可 同时带动两轴转台及俯仰轴在水平方向转动；被测航测相机安装在内方位仪的被检系统 固定框架内，其前后位置可以调节；平行光管位于被测航测相机的前方；标定过程中， 计算机通过驱动控制装置控制内方位仪的俯仰轴与方位轴的转动，对俯仰轴与方位轴内 设置的编码器输出的数据采集，通过图像采集卡对被测航测相机进行像点位置采集，计 算机利用采集到的一组俯仰、方位编码器角度值及相应的像点位置像素坐标，通过数学 模型，标定出被测航测相机的内方位元素及畸变。一种数字航测相机的二维标定方法，步骤如下(1) 数字航测相机标定时，将被测航测相机安装在内方位仪被检系统固定框架内部， 并使其入瞳落在俯仰轴和方位轴的焦点上，调好平衡；(2) 在被测航测相机的前方，与内方位仪测量机架俯仰轴相同高度处放置平行光管， 使平行光管星点板孔直径在被测航测相机像面上的像压2x2个像素以上，便于被测航测 相机细分测量；(3) 被测航测相机和平行光管调整好后，控制内方位仪俯仰轴和方位轴带动其被检 系统固定框架转动(通常每次转动等间距角度)，使平行光管的点像目标依次成像在被 测航测相机的像面上，并依次同时采集获取点像目标相应俯仰、方位编码器的角度值和 点像目标在被测航测相机上的像素坐标；(4) 利用测得的角度值、像素坐标及相应的数学模型标定出被测航测相机的内方位 元素及畸变。上述的数学模型包括相机内方位元素的数字模型，即主距/、主点A、尸,的模型，及相机畸变的数学模型，其中主距/、主点尺、尸,的模型如下,_ - 。 8 + d2c3c8 - ￡>2c2c9 + d3c2c6 - d3c3c5_ ac5c7 - z^Cg+Aqc; - "2c2c7+d3c2c4 - z^qq相机畸变的数学模型如下= x - / sec ￡ +々sec五.tg￡. tg^ +《'tg2 Z将计算得到的/; A，尸，代入A， A式中，即可计算出相机畸变值A，",；上式中 A为内方位仪的方位角，E为内方位仪的俯仰角，S为物镜入瞳中心，设XOY平面为像平 面，P点为像平面的主点，f为相机的主距，x，y为XOY.像.平面内任一像点坐标。本专利技术与现有技术相比的优点(1)本专利技术的标定装置中采用了精密研制的内方位仪，简化了系统结构，由于内 方位仪俯仰角与方位角的测量方向范围较大，所以适合大视场、大面阵数字航测相机的 标定。(2) 本专利技术的标定过程中人工干预较少，标定装置采用高精度内方位仪，像点位置坐标提取精度高，测量原理误差小等原因使得标定精度较高。(3) 本专利技术的系统光学位置调整好后，被测航测相机一次采集便可获取一像点的位 置坐标及其相应内方位仪编码器俯仰角及方位角的数值，由于标定过程中通常采用等间 距角度标定，通过测量软件可实现全自动采集测量，测量周期短。附图说明图1为本专利技术的标定装置原理框图； 图2为本专利技术的二维畸变测量原理图； 图3为本专利技术的图像平面坐标系图； 图4为本专利技术的计算机控制简图。具体实施方式如图1所示，本专利技术主要由内方位仪、计算机l、被测航测相机2及平行光管3组 成。内方位仪主要由被检系统固定框架4、俯仰轴5、方位轴6及两轴转台7组成，两 轴转台7内部设计有高精度编码器，被检系统固定框架4与俯仰轴5相连，可随着俯仰 轴5同步转动，两轴转台7除了与俯仰轴5相连外还与方位轴6紧密相连，方位轴6的 转动可同时带动两轴转台7及俯仰轴5在水平方向转动；内方位仪俯仰角的测量方向范 围13为±35° ，方位角的测量方向范围14为±45° 。被测航测相机2安装在内方位仪 的被检系统固定框架4内，通过调整装置8可调节其前节点前后位置。平行光管3位于 被测航测相机2前方，采用可见光像点光源9。标定过程中，计算机l通过驱动控制装 置10控制内方位仪俯仰轴5与方位轴6的转动，俯仰轴5与方位轴6上分别设有编码 器，通过串口实现对编码器输出数据11的采集，通过图像采集卡12对被测航测相机2 进行像点位置采集，计算机l利用采集到的一组俯仰、方位编码器角度值及相应的像点 位置像素坐标，结合数学模型，标定出被测航测相机的内方位元素及畸变。如图2所示，本专利技术标定装置中采用的数学模型建立示意图，其中A表示内方位仪 的方位角，E表示内方位仪的俯仰角，S为物镜入瞳中心，XOY平面为像平面，P点为像 平面的主点，f为相机的主距，M(x,y)为像平面内任一像点坐标。根据图2所示几何关 系，可得出关系式x —《=/a.tg(J-A^) (i) ^-Z.tg(五一M)其中<formula>formula see original document page 7</formula> 畸变表达式泰勒公式简化后<formula>formula see original document page 7</formula>得到畸变的标准表达式<formula>formula see original document page 7</formula>用最小二乘法使畸变的均方和最小<formula>formula see original document page 7</formula>由式(5)得到以下三元一次方程组<formula>formula see original document page 7</formula>ci = Zi (tg2^ + sec2及g2 ， C2 = 2] sec及g3 乂 ， cs = S (培3五+ sec2五tg^tg^) C4 = S(tg3￡ + sec2 ￡rg2^tg￡) ， C5 = J)sec MgjEtg34 ， C6 = ^ (tg4￡ + sec2 Etg^tg2 j)C7 = J] sec五tgU , C8 = ^ tg4 J ， C9 = Z sec ￡tg￡tg3^Z\ = J] sec ￡t&4 + _ytg￡) ，D2 =(;c sec ￡tg￡tg^ + _ytg2￡) ，I>3 = Z ;rtg2」上述公式中的A f可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
数字航测相机的二维标定装置，其特征在于包括：内方位仪、计算机（１）、被测航测相机（２）及平行光管（３）组成，所述的内方位仪为二维精密内方位仪，主要包括被检系统固定框架（４）、俯仰轴（５）、方位轴（６）及两轴转台（７）；被检系统固定框架（４）与俯仰轴（５）相连，可随着俯仰轴（５）同步转动，两轴转台（７）一端与俯仰轴（５）相连，另一端与方位轴（６）紧密相连，方位轴（６）的转动可同时带动两轴转台（７）及俯仰轴（５）在水平方向转动；被测航测相机（２）安装在内方位仪的被检系统固定框架（４）内，其前后位置可以调节；平行光管（３）位于被测航测相机（２）的前方；标定过程中，计算机（１）通过驱动控制装置（１０）控制内方位仪的俯仰轴（５）与方位轴（６）的转动，对俯仰轴（５）与方位轴（６）内设置的编码器输出的数据（１１）采集，通过图像采集卡（１２）对被测航测相机（２）进行像点位置采集，计算机（１）利用采集到的一组俯仰、方位编码器角度值及相应的像点位置像素坐标，通过数学模型，标定出被测航测相机的内方位元素及畸变。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄静，马文礼，高晓东，梁伟，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：51[]