[發明專利]基于EXIF焦距依賴模型的變焦鏡頭幾何檢校方法

在審

• 申請號: 201611249554.0
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108267854A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 王政
• 申請（專利權）人: 王政
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G03B13/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.本發明的目的是提供一種基于EXIF焦距依賴模型的變焦鏡頭幾何檢校方法，實現檢校后變焦鏡頭數碼相機在近景攝影測量中的應用，其特征在于：

2.本發明首先研究變焦鏡頭內參數與EXIF焦距之間的變化關系，提出一種廣泛適用于變焦鏡頭的EXIF焦距依賴的內參數變化模型：

x₀,y₀是像主點坐標；c是主距；k_i(i＝1,2)和p_i(i＝1,2)分表表示鏡頭徑向畸變系數和偏心畸變系數；{α_i,β_i,γ_i,μ_i,ν_i,λ_i,ρ_i}為內參數模型系數，包含17個變量；f是影像拍攝時，自動記錄在EXIF頭文件中的焦距。

3.本發明將EXIF變焦依賴模型與傳統的共線條件方程結合，推導得到擴展形式的共線條件方程，以此作為變焦鏡頭幾何檢校的基本模型：

其中:

式(2)中x,y表示像片上某點的像點坐標；X,Y,Z表示該點對應的空間三維坐標；

X_S,Y_S,Z_S表示攝影中心的位置；{a_i,b_i,c_i}(i＝1,2,3)是由像片姿態角構成的空間變換矩陣的元素；Δx,Δy表示該像點處的鏡頭畸變量。

4.本發明采取自檢校光束法平差求解焦距依賴模型中的內參數模型系數。由于自檢校光束法平差是一個非線性最優化問題，本發明方法首先對式(2)進行一階泰勒展開線性化，然后確定未知數初始值，最后執行迭代的最小二乘估計，并通過“丹麥法”處理粗差。

5.平面控制場的設計。本發明使用鋁合金材質的平面檢校板，面板上共有143(13×11)個黑色圓形標志點，標志點水平和豎直間隔均為20mm。其中有139個小標志點，直徑為2.5mm。有4個較大的標志點，其直徑為7.5mm，用于建立空間平面坐標系。標志點平面坐標X,Y則為已知，Z坐標均設置為0，以此作為檢校時的空間參考系。

6.影像的拍攝。本發明需要在若干變焦位置處拍攝影像(通常為四或五個變焦設置)，變焦設置應包含最小及最大焦距，并保證所有的相鄰焦距的差值盡量一致，且各焦距處拍攝的影像數量相同。

7.影像焦距信息的獲取。影像EXIF頭文件中自動記錄了拍攝時的焦距、光圈、快門速度、ISO、白平衡、測光方式、日期時間等各種信息。讀取所有影像的EXIF焦距值，作為式(1)中的內參數模型的自變量f。

8.標志點影像坐標的自動提取及半自動編碼。影像上自動檢測和提取標志點方法是使用高斯差分進行邊緣檢測，然后將每一條邊緣點擬合為橢圓，橢圓中心即為標志點的像點位置。標志點像點的半自動編碼方式如下：在影像上選取分布合理的4個標志點計算二維直接變換系數，然后將標志點坐標投影到影像上，從提取的候選點中選擇最近鄰點作為與之對應的標志點像點。

9.輸入標志點空間坐標、標志點影像坐標、所有影像的EXIF焦距值，在單次光束法平差中處理所有影像，恢復式(1)的內參數模型系數。對于任意影像，根據其EXIF焦距，即可通過內參數模型系數計算出內參數，實現檢校。