[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

本發明公開了一種基于EXIF焦距依賴模型的變焦鏡頭幾何檢校方法，該方法將EXIF焦距依賴的內參數模型與傳統共線條件方程，得到擴展形式的共線條件方程，以此作為變焦鏡頭檢校的基本模型，然后在自檢校光束法平差同時求解內參數模型系數，由此得到變焦鏡頭檢校的全局最優解。本發明方法依靠平面控制場，使用自動的EXIF焦距記錄方式，自動提取影像上控制點坐標并進行半自動編碼，人工干預極少，便于實現。本發明方法適用于光學變焦鏡頭及數碼變焦鏡頭相機的幾檢校，具備廣泛適用性。此外，檢校后的變焦鏡頭數碼相機已被證實，可應用于近景攝影測量三維重建。

技術領域

本發明屬于測繪科學與技術領域，涉及一種基于EXIF焦距依賴模型的變焦鏡頭幾何檢校方法，主要應用于使用變焦鏡頭數碼相機的近景攝影測量。

背景技術

近景攝影測量是利用光學相機獲取的近景像片，經過處理以獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關系的一門技術，該技術已廣泛應用于工業、農業、林業、交通、環保、城市規劃、文化遺產保護等領域。但傳統的近景攝影測量中使用的鏡頭幾乎都是定焦鏡頭，定焦鏡頭在操作靈活性方面存在局限。首先，定焦鏡頭視場固定，攝影時只能“靠腳移動”，這使得定焦鏡頭相機很容易受到攝影環境限制。其次，定焦鏡頭的景深適應范圍較小，根據景深的計算原理，當其他參數固定時，焦距越大，景深越小；對焦越近，景深越小。眾所周知，相對定焦鏡頭而言，變焦鏡頭在操作靈活性和環境適應性方面具有固在優勢：配備變焦鏡頭的相機能夠調整鏡頭焦距、對焦距離、光圈等參數，從而能更好地適應不同的視場、景深和光照條件。因此，為了能夠克服定焦鏡頭在近景攝影測量操作靈活性方面存在的局限性，采用變焦鏡頭的近景攝影測量新技術是十分必要的。

使用相機完成攝影測量任務，其首要任務是相機鏡頭的幾何檢校。相機檢校，其實質上是確定相機內參數的過程，其內參數通常包括像主點坐標、主距及鏡頭畸變參數。變焦鏡頭檢校中最具有挑戰性的問題是變焦鏡頭的內參數隨鏡頭參數的改變而變化。傳統的變焦鏡頭檢校方法主要分為：(1)查找表法：在每一個鏡頭參數設置處單獨進行檢校，然后將檢校結果存儲在一個表格中，供后續使用時查詢。該類方法檢校工作量極其龐大，導致該方法并不適用。(2)局部函數擬合法：先對鏡頭參數進行分類，然后在每一類鏡頭參數處擬合局部函數。該類方法相對復雜，并且檢校工作量隨期望的擬合精度的增加而迅速增大。(3)全局函數擬合法：先在多組鏡頭參數設置處進行單獨的相機檢校，再將檢校的內參數擬合為鏡頭參數的全局函數，相對與前兩類方法，該類方法效率更高。近景攝影測量中變焦鏡頭檢校方法主要采用全局函數擬合方法，根據模型的不同，主要包括：(a)變焦依賴方法，即只考慮焦距變化對內參數的影響而忽略對焦操作對內參數的影響，這是因為在引起相機內參數變化的鏡頭參數中，變焦是主導因素，對焦的影響相對較小。(b)變焦及對焦依賴模型方法，也就是同時考慮變焦和對焦操作對內參數的影響。相對于變焦依賴模型，該模型意味著需要完成更多的單焦距檢校工作。當前有變焦及對焦依賴方法基于人工軟尺記錄對焦、變焦鏡頭參數，該記錄方式極其不便，所以其不適用。此外，由于很大一部分相機(例如CanonEOS 5D,Nikon 1J4，iPhone 6)的EXIF文件中并無對焦信息的記錄，因此變焦及對焦依賴方法并不具有廣泛使用性。在已有的對焦依賴方法中，是基于先單焦距檢校再進行擬合的方法，并不是全局最優解，精度較低。因此迫切需要一種自動化、高效率、高精度的幾何檢校方法以實現基于變焦鏡頭的近景攝影測量。

發明內容

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。為達到上述目的，本發明基于以下技術方案：

1.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：