数字相机的检校

    近年来,数字摄影测量飞速发展,其中数字相机是获取摄影测量数据的重要设备。过去空间摄影测量采用胶片相机,这类相机制造精密,价格昂贵,可以准确地测定其内方位元素。而在数字时代,被摄影测量工作者广泛采用的普通数字相机并不是为摄影测量专门设计的,它没有准确地测定内方位元素的功能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。因此在进行精确摄影测量工作前,必须对数字相机进行严格的检校。

    1　数字相机及其检校

    将电荷偶合器件CCD(Charge CoupledDevice)排列在一行或一个矩形区域中构成线阵列或面阵列称为数字相机。相机的成像过程是把一张像片聚焦在线阵或面阵上,用马达驱动来扫描像片从而获得数字化影像。数字相机检校的目的是恢复每张影像光束的正确形状,即借内方位元素恢复摄影中心与像片间的相对关系。为了恢复正确的光束形状,必须知晓相机的内方位元素和各项畸变系数,检查和校正相机内方位元素和各畸变系数的过程即称为相机的检校。

    2　数字相机误差的来源

    数字相机的误差不仅可能由光学镜头的畸变与机械误差引起,还可能由视频信号的“模/数转换”产生,分别称为光学误差、机械误差和电学误差。光学误差主要是指光学畸变差,是指相机物镜系统设计、制作和装配误差所引起像点偏离其正确成像位置的点位误差。光学畸变差包括径向畸变差(Radial Distortion)和离心畸变差(Decentring Distortion)两类。径向畸变差使构像点沿径向方向偏离其准确位置;而离心畸变是由于镜头光学中心和几何中心不一致引起的误差,它使构像点沿径向方向和垂直于径向方向都偏离其正确位置。机械误差是指在光学镜头摄取的影像转化到数字化阵列影像这一步产生的误差,这项误差又是由以下两个因素引起的:¹扫描阵列不平行于光学影像,致使数字化影像相对于光学影像有旋转;º每个阵列元素尺寸不同而产生不均匀变形。电学误差主要包括行同步误差、场同步误差与采样误差。行同步误差是指视频信号转化时影像每行开头处的同步信号产生的错动现象;场同步误差是指影像奇数行与偶数行间的错位;采样误差是指由于时钟频率不稳引起的采样间隔误差。因此,光学误差、机械误差和电学误差三方面构成了数字相机的误差。

    3　数字相机检校的数学模型及解算

    检校数字相机的严密数学模型为

    其中k1,k2,k3,p1,p2,b1,b2为变形改正系数;I′=I-I0,J′=J-J0,I、J为“数字阵列坐标”,I0、J0为坐标重心;Li为数字化影像坐标与像片坐标间的转换系数;C为像点幅射距;D为畸变量。