一种影像测量平行光管的角度标定算法制造技术

本发明专利技术提供了一种影像测量平行光管的角度标定算法，包括如下步骤：S0：构建影像测量平行光管，利用转接件将平行光管的尾端和工业相机连接在一起；S1：将经纬仪或者全站仪安置在平行光管的另一端，并调焦至无穷远，安置好光源；S2：依次对准影像测量平行光管中n个均匀分布的位置，对相机影像中的目镜十字丝中心进行亚像素拟合，记录相应的水平方位角和天顶距；S3：根据影像测量平行光管像平面像素坐标与水平方位角和天顶距之间的转换关系，构建观测方程组；S4：采用最小二乘法获取观测参数的估计值；S5：当影像测量平行光管长期安置后姿态发生变化后，建立相应观测方程组并解算。建立相应观测方程组并解算。建立相应观测方程组并解算。

【技术实现步骤摘要】
一种影像测量平行光管的角度标定算法


[0001]本专利技术涉及影像测量平行光管标定
，尤其涉及一种影像测量平行光管的角度标定算法。

技术介绍

[0002]影像测量平行光管利用“平行光管+工业相机”的方式进行角度测量，可以分为两类，一类是自准直式，另一类是非自准直式。
[0003]自准直式的影像测量平行光管，如光电自准直仪的标定技术需要高精度的标准器，如利用精度更高的自准直仪或激光小角度测量仪作为基准，或者利用高精度精密二维转台，这类影像测量平行光管的标定需要配套平面镜使用，不适用非自准直式。非自准直式的影像测量平行光管，如用于标定激光投线仪等，此类影像测量平行光管目前没有十分完善的标定技术，一般只考虑到单个像素与相应角度之间的关系。这两类影像测量平行光管的输出是相对于影像测量平行光管自身坐标系下的角度信息，因此标定时必须处于水平状态，否则会引入姿态带来的误差，此外均没有考虑到图像传感器像素不正交的影响。
[0004]综上所述，现有的影像测量平行光管的标定方法存在诸多限制条件，使用方式也受到限制，现有的非自准直的标定方法也不适用非水平安置的影像测量平行光管，没有考虑姿态的影响，考虑的影响因素不完善，因此，现有标定方法亟待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种标定时不受到水平方向的约束、不需要使用更高精度的标准器、考虑图像传感器像素不正交及姿态影响的非自准直式影像测量平行光管的角度标定算法。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种影像测量平行光管的角度标定算法，包括如下步骤：
[0007]S0：构建影像测量平行光管，利用转接件将平行光管和工业相机连接在一起，并将工业相机的图像传感器安置在平行光管的焦平面上，不需安置分划板；影像测量平行光管以任意姿态安置；
[0008]S1：将经纬仪或者全站仪安置在平行光管的另一端，调焦至无穷远，将光源安置在经纬仪或者全站仪的目镜后方；
[0009]S2：将经纬仪或者全站仪目镜的十字丝依次对准影像测量平行光管的n个位置，使经纬仪或者全站仪目镜的十字丝中心在相机影像中均匀分布，利用亚像素拟合算法拟合出十字丝中心的n个像平面像素坐标x
i
和y
i
，i＝1，2，...n，同时记录各像平面坐标相应的水平方位角和天顶距；
[0010]S3：根据影像测量平行光管像平面像素坐标与水平方位角和天顶距之间的转换关系，对n个相机影像中的均匀分布的像平面像素坐标构建观测方程组；
[0011]S4：采用最小二乘法获取当前姿态下的工业相机图像传感器的像平面坐标系轴向
的空间角度像素因子、相机图像传感器x轴绕平行光管光轴方向旋转至水平方向的旋转角、像平面坐标系不同坐标轴的不垂直误差角的估计值；
[0012]S5：当影像测量平行光管长期安置后姿态发生变化后，建立相应观测方程组并解算。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S3中根据影像测量平行光管像平面像素坐标与水平方位角和天顶距之间的转换关系建立观测方程组，存在如下变换关系：
[0014][0015]其中，是将平行光管光轴方向的空间角度转化为经纬仪或者全站仪坐标系下的水平方位角和天顶距的转换矩阵；是像平面像素坐标系x轴绕光轴方向旋转到水平方向的转换矩阵；是像素坐标与角度坐标的转换矩阵；是将实际的不垂直图像传感器坐标系与严格垂直的像平面坐标系的转换矩阵；h
i
和v
i
分别是是第i点的水平方位角和天顶距，i＝1，2，...n；x
i
，y
i
，i＝1，2，...，n是第i点的像平面像素坐标；θ为图像传感器坐标系x轴绕平行光管光轴方向旋转至水平方向的旋转角；p为图像传感器的x轴与y轴之间的存在的不垂直误差角；k
x
和k
y
分别为工业相机在像平面坐标系x轴和y轴的空间角度像素因子；h0和v0分别是像平面坐标系的原点对应到水平方向的方位角与天顶距；对于第i个像平面像素坐标，令则变换关系式可以改写为
[0016][0017]根据转换关系，列出观测方程组，令d＝Gm+e，其中e为残差；
[0018][0019]优选的，步骤S4中采用最小二乘法获取当前姿态下的工业相机图像传感器的像平面坐标系轴向的空间角度像素因子、相机图像传感器x轴绕平行光管光轴方向旋转至水平方向的旋转角、像平面坐标系不同坐标轴的不垂直误差角的估计值，有
[0020]其中m为观测参数，为观测参数的估计值；测量标准差观测参数的估计值的方差协方差阵为相应的有：相应的有：将观测参数的估计值线性化后，有线性化后，有是线性化后的结果，
的方差协方差阵为为是对应的的分块矩阵。
[0021]优选的，步骤S5所述当影像测量平行光管长期安置后姿态发生变化后，建立相应观测方程组并解算，是当影像测量平行光管长期安置后姿态发生变化后对p、k
x
和k
y
不产生影响，但需考虑图像传感器x轴与水平方向之间的旋转角θ以及h0和v0发生变化对标定矩阵产生的影响，故在后续标定时，只标定θ、h0和v0，此时p、k
x
和k
y
沿用步骤S4的中的估计值，对当前获取的各点像平面的像素坐标x
’
、y
’
转化成同一像平面坐标系下的具有水平方向旋转角度的坐标：有转换关系
[0022]具体的，将经纬仪或者全站仪在影像测量平行光管光轴平面水平移动取n个目标点(x
’
j
，y i
)，i＝1，2，...n，进行拟合，令
采用最小二乘估计，求得θ、h0和v0。
[0023]本专利技术提供的一种影像测量平行光管的角度标定算法，相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0024](1)完善了非自准直影像测量平行光管的标定技术，消除了图像传感器x轴y轴不垂直误差，也消除了x轴与水平方向之间姿态角变化的影响，提高了测量结果的精度和可靠性，并可以利用参数标准差来表征测量精度水平；
[0025](2)影像测量平行光管的标定不需受到水平方向的约束，其光轴方向对应的天顶距可以是任意角度，也可以使影像测量平行光管的使用不受水平方向约束；
[0026](3)影像测量平行光管长时间安置导致姿态变化后，只需要考虑姿态的影响，不需要与首次标定一样的测量点数，且只需要水平微动，简单高效；
[0027](4)影像测量平行光管的标定不需要依赖于更高精度的光电自准直仪或精密二维转台等，架设方便，操作简单，而且是二维方向的标定，也能获得同等精度的标定参数。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种影像测量平行光管的角度标定算法，其特征在于，包括如下步骤：S0：构建影像测量平行光管，利用转接件将平行光管和工业相机连接在一起，并将工业相机的图像传感器安置在平行光管的焦平面上，不需安置分划板；影像测量平行光管以任意姿态安置。S1：将经纬仪或者全站仪安置在平行光管的另一端，调焦至无穷远，将光源安置在经纬仪或者全站仪的目镜后方；S2：将经纬仪或者全站仪目镜的十字丝依次对准影像测量平行光管的n个位置，使经纬仪或者全站仪目镜的十字丝中心在相机影像中均匀分布，利用亚像素拟合算法拟合出十字丝中心的n个像平面像素坐标x
i
和y
i
，i＝1，2，...n，同时记录各像平面坐标相应的水平方位角和天顶距；S3：根据影像测量平行光管像平面像素坐标与水平方位角和天顶距之间的转换关系，对n个相机影像中的均匀分布的像平面像素坐标构建观测方程组；S4：采用最小二乘法获取当前姿态下的工业相机图像传感器的像平面坐标系轴向的空间角度像素因子、相机图像传感器x轴绕平行光管光轴方向旋转至水平方向的旋转角、像平面坐标系不同坐标轴的不垂直误差角的估计值；S5：当影像测量平行光管长期安置后姿态发生变化后，建立相应观测方程组并解算。2.根据权利要求1所述的一种影像测量平行光管的角度标定算法，其特征在于，步骤S3中根据影像测量平行光管像平面像素坐标与水平方位角和天顶距之间的转换关系建立观测方程组，存在如下变换关系：其中，是将平行光管光轴方向的空间角度转化为经纬仪或者全站仪坐标系下的水平方位角和天顶距的转换矩阵；是像平面像素坐标系x轴绕光轴方向旋转到水平方向的转换矩阵；是像素坐标与角度坐标的转换矩阵；是将实际的不垂直图像传感器坐标系与严格垂直的像平面坐标系的转换矩阵；h
i
和v
i
分别是是第i点的水平方位角和天顶距，i＝1，2，...n；x
i
，y
i
，i＝1，2，...，n是第i点的像平面像素坐标；θ为图像传感器坐标系x轴绕平行光管光轴方向旋转至水平方向的旋转角；p为图像传感器的x...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭友志，夏玉国，张鑫，武金凤，曾卓，
申请(专利权)人：武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：