基于PhotoModeler Scanner的普通数码相机快速检校研究

    1 引 言

    普通数码相机以其体积小、重量轻、像元几何位置精度高及其便利的数字图像获取、存储等优点,已日渐成为数字近景摄影测量的基本设备。但是,普通数码相机的几何畸变差等光学缺陷,使所获得的通数字影像应用于近景摄影测量时,影响了摄影构像的共线条件,导致计算结果不准确甚至迭代算法不收敛。因此,应用普通数码相机进行近景摄影测量工作前,必须对其进行严格的检校,以恢复摄影中心与像片之间的相对几何关系。

    PhotoModeler Scanner是一套基于影像的数字近景摄影测量软件,在国外已广泛应用于建筑、考古与医学等领域。该软件包含普通数码相机的检校模块,能快速实现相机的检校,解算出相机的内方位元素和光学畸变系数,给近景摄影测量工作带来了方便。

    2 数码相机的误差来源与检校内容

    数码相机的误差一般由光学误差、机械误差和电学误差组成。光学误差主要是光学畸变误差,是指相机物镜系统制作、装配引起的像点偏离其理想位置的点位误差。光学畸变差分为径向畸变差和切向畸变差两类。径向畸变是由于组成摄像机光学系统的透镜组不完善造成的;切向畸变主要是由于摄像机光学系统中各镜头的光轴中心不严格共面造成的。机械误差是指从光学镜头摄取的影像转化到数字化阵列影像时产生的误差,主要由以下两个因素引起: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、场同步误差和采样误差。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定引起的采样间隔误差。一般而言,普通数码相机的3种误差中光学误差是最主要的误差[2]。

   相机检校的目的是恢复每张影像光束的正确形状,即借助内方位元素恢复摄影中心与像片之间的相对几何关系,这种关系是由数码相机成像的几何模型决定的,这些几何模型参数就是相机检校参数。但是,普通数码相机的主距f和像主点在像片中心坐标系里的坐标(x0,y0)都是未知的,根据影像无法直接量测以像主点为原点的坐标,必须进行内定向。同时非量测相机的镜头畸变差较大,使得所量测的像点坐标产生误差,造成像点、投影中心和相应的物方点之间的共线关系受到破坏,其结果势必影响物方坐标的解算精度,所以必须对其进行校正。在进行精确摄影测量工作前,必须通过实验计算相机检校参数,这个过程称为相机检校。另外,为了正确恢复摄影时的光束形状,也必须知道光学畸变系数[1]。