[發明專利]一種旋轉攝影測量系統多片整體平差標定方法

有效

• 申請號: 201110385815.2
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102519484A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張永軍;胡堃;柯濤;黃山
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術領域

本發明涉及攝影測量技術領域，尤其是涉及一種旋轉攝影測量系統多片整體平差標定方法。

背景技術

旋轉攝影測量系統是將相機安置在可垂直和水平旋轉的平臺上，進行旋轉攝影測量的系統，廣泛應用于近景攝影測量和計算機視覺領域中三維信息的獲取。如圖1所示，在以水平旋轉軸????????????????????????????????????????????????和垂直旋轉軸的交點為中心的空間直角坐標系中，和分別為像主點相對于點在軸，軸和軸的偏移量，為攝影焦距。其中當系統的旋轉平臺繞水平軸和垂直軸旋轉時，相機的外方位元素也會隨之變化。為根據垂直旋轉角和水平旋轉角自動獲取相機的外方位元素，需要高精度的系統標定，確定系統內部相機相對于旋轉平臺的旋轉矩陣和偏心坐標。多旋轉攝影測量系統的標定是從二維平面圖像中獲得三維信息這一過程的關鍵步驟，是一個重要的研究課題。

現有的相機標定方法大致可分為三類：傳統標定方法、自標標定法方法和基于主動視覺的標定方法。傳統標定方法利用一個形狀尺寸已知的物體作為標定物，用攝像機拍攝若干幅影像來解算像方和物方空間的對應關系；自標定方法不需要標定物，但需通過運動攝像機所拍攝的標定圖片中匹配點的關系來進行標定；而基于主動視覺的標定方法需要預知攝像機的詳細運動信息，這需要昂貴的設備對攝像機的運動軌跡進行記錄，試驗成本較高。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的上述問題，提供了一種利用單個測站獲取多張影像的外方位元素和旋轉平臺的水平、垂直旋角，進行旋轉攝影測量系統標定處理的方法。

本發明的技術方案為一種旋轉攝影測量系統多片整體平差標定方法，包括以下步驟：

步驟1，導入第一個測站獲取的影像數目、各張影像獲取時的外方位角元素和外方位線元素、旋轉平臺繞垂直旋轉軸的水平角和旋轉平臺繞水平旋轉軸的垂直角，其中下標1標識測站號=1，下標表示影像號，，影像數目大于等于3；由外方位角元素根據轉角系統構建旋轉矩陣，由外方位線元素構建線元素的坐標矩陣；

步驟2，構建相機相對于物方坐標系的旋轉模型，旋轉模型公式如下

其中，為物方坐標系下相機外方位角元素在轉角系統下旋轉矩陣；為物方坐標系與標準攝影測量坐標系間的旋轉矩陣；為標準攝影坐標系與旋轉坐標系間的旋轉矩陣；為旋轉坐標系與像空間坐標系間的旋轉矩陣；

根據第一個測站獲取的前三張影像分別對應的旋轉模型，解算第一個測站對應的轉角系統下旋轉矩陣的轉角和旋轉矩陣的轉角，并以所得解算結果作為未知數的初值，其中，下標1標識測站號=1，下標表示影像號，，為步驟1構建的旋轉矩陣；

步驟3，將旋轉模型轉化為誤差方程，以轉角和轉角為未知數，對第一個測站獲取的所有影像逐張進行線性化處理，根據未知數的初值按照最小二乘原理構建法方程，整體平差求解法方程，得到未知數改正數；?

步驟4，若未知數改正數最大值小于預設的未知數改正數閾值或者迭代次數超過預設的迭代次數閾值，則執行步驟5；否則，以當前未知數改正數為未知數的初值，返回迭代執行步驟3；

步驟5，輸出最后一次迭代中獲取的未知數改正數，作為轉角?和轉角的標定結果，根據轉角的標定結果重新組建旋轉矩陣，跟據轉角的標定結果重新組建旋轉矩陣；

步驟6，構建相機相對于物方坐標系的偏心模型，偏心模型公式如下

其中，為物方坐標系下相機外方位線元素的坐標矩陣；為像空間坐標系原點在旋轉坐標系下的坐標；，為旋轉中心在物方坐標系下的坐標矩陣；

根據相機相對于物方坐標系的偏心模型，根據第一個測站獲取的影像逐張構建誤差方程和法方程，按照最小二乘原理，整體平差解算像空間坐標系原點在旋轉坐標系下的坐標和旋轉中心在物方坐標系下的坐標，輸出坐標的解算結果，其中，下標1標識測站號=1，下標表示影像號，，為步驟1構建的坐標矩陣，為步驟5重新組建的旋轉矩陣；

步驟7，根據步驟5重新組建的旋轉矩陣和步驟6所得像空間坐標系原點在旋轉坐標系下的坐標的解算結果、已知的其余測站第一張影像獲取時的外方位角元素和外方位線元素、旋轉平臺繞垂直旋轉軸的水平角和繞水平旋轉軸的垂直角，通過旋轉模型和偏心模型重新解算在其余測站條件下，物方坐標系與標準攝影測量坐標系間的旋轉矩陣和旋轉中心在物方坐標系下的坐標；其中下標表示測站號，，下標1表示影像號=1；