普通数码相机检校方法的研究

    由于数码相机在拍摄和处理图象方面有着得天独厚的优势,加上电脑的普及和对电脑图像处理技术的认知,数码相机已走进千家万户和应用于诸多领域。比如近景摄影测量、考古研究、医学研究、林业植保、农作物生长的近景摄影监测与估产研究等。但在应用普通数码相机进行研究时,很少考虑数码相机畸变对拍摄对象产生的误差,作为获取数字影像数据的重要设备,此点应引起使用者的高度重视。但是普通数码相机的畸变差参数在出厂前并没有得到严格的测定或者在说明书上提供数据值。一般来说近景摄影测量对于精度的要求都比较高,所以普通数码相机畸变差参数的确定在数字摄影测量中显得极为重要。

    直接线性变换解法,因无需内方位元素值和外方元素的初始近似值,故特别适用于非量测相机所摄影像的摄影测量处理。近景摄影测量经常使用各类非量测相机,诸如普通相机、高速摄像机、CCD摄像机等等,故本算法成为近景摄影测量的重要组成部分。

    1 检校方法及原理

    1.1 系数和畸变差系数的解算 直接线性变换解法实质

    上是一种变通的后方)前方交会解法,其基本关系式为:

    x,y为像点的坐标仪坐标, l是内、外方位元素以及ds,dB的函数,X,Y,Z是像点对应的物方点的物方坐标。当有多余观测值,像点坐标观测值改正数为(vx,vy),像点坐标的非线性改正为时($x,$y),像点坐标观测值的误差方程式为:

    其中:

    通过最小二乘的方法,可以解求出l系数和畸变差系数,此运算步骤是迭代过程。

    1.2 物方空间坐标的解算 为解求X、Y、Z三个未知数,

    至少应列出三个方程,即至少应拍摄两张像片。两张像片的系数分别为( l1, l2,, l11)及( l1, l2,, l11)。当略去一个方程式时,有以下解(X,Y,Z)的方程组:

    1.3 改正了畸变差的像点坐标仪坐标的解算

    把改正之后的坐标当作直线线性变换基本关系式中的(x,y)

    得到(X,Y,Z)的误差方程式形式为:

    此运算过程也是迭代过程,以物方空间坐标精度要求的1/10作为迭代判断依据。

    2 结果及分析

    2.1 所摄照片展示 本实验使用Panasonic FZ30数码相机,实验时在距离三维检校场3m,采用固定焦距(35mm)对三维检校场进行拍摄。以三个不同的角度对三维控制检校场进行拍摄,在选点的时候使用BMP图像, x0, y0的单位为像素,像片中心点像素在(512, 384)。每张像片都选取20个控制点,成为一组(图1)。

    2.2 畸变参数的解算 见表1,表2。