数码相机的畸变差检测研究

    一般地,数码相机的检校包括主点位置(x0,y0)、主距(f)和畸变差的测定。目前,数码相机畸变差的检测方法可以分为两大类:①建立数学畸变模型,实现/在任0或自检校改正,常规摄影测量采用该方法对相机实施检校;②建立面积不同的准二维控制场,测定各类成像系统每个像素的总畸变,建立该影像专用的数字畸变模型,以对各类成像系统各个环节产生的各种畸变进行总体补偿[1]。以上两种方法中,前者忽略了引起数码相机畸变的随机误差,如CCD组件引起的电学畸变等;而后者则没有对综合畸变误差中的随机畸变差给出定量的分析。本文在对UAVRS-Ⅱ系统采用的非量测用面阵数码相机检校的过程中,分别对系统畸变和随机畸变给出了定量的分析。

    1 数码相机的检校

    数码相机的畸变差分为系统畸变差和随机畸变差。光学系统畸变差和CCD纵横方向排列的不垂直性、像素的非正方形引起的畸变差呈现一定的系统性;电学因素等引起的畸变误差呈现较强的随机性。本文提出的检测相机畸变差方法的基本步骤是:采用附加参数的光束法平差测定内方位元素和系统畸变系数;根据空间直线经过中心投影在像平面上的影像仍然是直线的原理,对随机畸变差进行检测并给出定量的分析。

    1.1 附加参数光束法平差测定内方位元素和系统畸变系数

    对高精度室内三维实验场进行数据采集,采用附加参数光束法平差[2]测定内方位元素和系统畸变系数。

    1.1.1 室内三维控制场拍摄

    为使每张影像具有相同的主距f ,并且避免数码相机结构上的不严谨所造成的焦距变化以及主点位置(x0,y0)变化,在拍摄时,将摄影方式设为手动曝光方式,并将物镜的焦距固定在无穷远处,以达到锁定主距的目的(锁定主距也就锁定了内方位元素值和物镜畸变系数)。实验使用UA-VRS-Ⅱ机载面阵数码相机,其面阵大小为3 008像元@2 000像元。采用四站对角交向摄影方式,每站曝光两次,共拍摄了8张影像,镜头焦距为20 mm,光圈号数为18,影像以tif格式存储输出。

    超焦点距离(又称为无穷远点[3])为H=。其中E=0.05,F=20 mm,K=18。因此,当摄影距离大于0.4 m时,就达到了/无穷远距离0的条件。

    1.1.2 附加参数光束法平差的系统畸变数学模型

    附加参数光束法平差中的系统畸变模型采用以下数学模型[3]:

    式中,是像点在像平面坐标系中的坐标;k1、k2是径向畸变系数;p1、p2是切向畸变系数;b1是像素的非正方形比例因子;b2是CCD阵列排列非正交性的畸变系数。