普通数码相机的分步检校

    1 引言

    数码相机用半导体芯片取代了传统摄影的胶卷,可以直接获取并存储数字化的影像。数码相机可以分为专业、准专业和普通型三类[1],它们最大的区别就在于镜头:专业型数码相机必然是可以在不同情况下使用不同镜头的相机;准专业相机的镜头是不可更换的,但是却可以通过附加其他的镜头或镜片来获得更换镜头的效果;普通相机相机则是指的那些镜头不可更换,也不能够附加其他的镜头或镜片,绝大多数的操作是自动完成的产品,但价格低。

    一些专业(准专业)数码相机集成了专业的光学镜头(或者通过附加镜头、镜片)后,采用量测相机的检校方法[2],已经获得较高的检校精度,并日渐成为航空摄影测量[3]、近景摄影测量和其他视觉测量[4]的基本设备。普通型数码相机虽然具有与专业(准专业)数码相机相近的分辨率,但是其信噪比、成像面积、成像质量、感光度、曝光时间、手动控制能力等技术指标也都远低于专业和准专业数码相机,而且体积小、像幅小、焦距短、稳定性差,因此其高精度的检校过程复杂,而且需要专业人员操作。本文提出了一种简便的预检校方法,方便非专业摄影测量人员使用。文中采用了1200万像素, CCD靶面的大小为1/2英寸的数码相机作为实验对象。

    2 数码相机的多级检校方法

    广义上讲,相机检校的内容十分广泛,主要包括:内方位元素(主点、主距)的测定;畸变系数的测定;压平装置以及像框坐标系测定与设定;调焦后主距变化的测定与设定;调焦后畸变差变化的测定;摄影机偏心常数的测定;立体摄影机(及立体视觉系统)内方位元素与外方位元素的测定;多台摄影机同步精度的测定[2]。狭义地,相机的检校通常指前两项,即内方位元素和光学畸变系数的测定。本文是针对固定焦距的普通数码相机的/狭义0检校。采用分步骤检校内方位元素、畸变系数的方法,以简化检校方法,提供一种无需物方控制信息的自检校方法,本文布设的平面控制场由标志点和垂直线组成,如图1所示。本文采用的像片则以数字影像的左下角为坐标原点。

    2.1 主点的检校

    假设物方平面与主光轴垂直,物方平面上线段AB的两个端点A、B在像平面上成像于a、b点。使物方平面沿着与光轴垂直的方向平行移动,则根据几何成像原理,可知它分别位于序列影像的ac、bc点;,; ad、bd。那么,如图2所示,根据中心投影原理, ayacy,1yad和bybcy,1ybd的移动方向线必然交于延伸焦点FOE点O[5],因此可以依据FOE性质确定像片主点位置。理想情况下,物方平面上任意标志点在像平面上的运动轨迹应该在一条直线上,而且所有标志点的运动轨迹所形成的直线应该交于一点即FOE点O。数码影像虽然存在很大的畸变,但镜头的径向畸变仍然是引起几何畸变的最大因素,且由其引起的像点在像平面上的偏移位于光心和像点的连线方向上,因此所有标志点的运动轨迹近似交于一点。本文依据上述原理,确定相机的主点。