[發明專利]一種基于小基線條件下的相機雙目攝影測量方法

有效

• 申請號: 202010060072.0
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN110874854B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 郭晟;邵慧超;阮雙雙;姚功民
• 申請（專利權）人: 立得空間信息技術股份有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T5/00;G06T7/73
• 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: 羅飛

1.一種基于小基線條件下的大畸變廣角相機雙目攝影測量方法，其特征在于，包括：

步驟S1：基于預設室內高精度檢校場標定雙目相機之間的相對位置關系和內參系數，其中，內參系數包括畸變系數；

步驟S2：采用檢校得到廣角相機的畸變系數對雙目相機進行實時校正，獲得畸變校正后的雙目影像；

步驟S3：基于對極幾何理論縮小匹配區域，然后在縮小后的匹配區域中進行SIFT特征匹配和Ransac濾波，得到畸變校正后的雙目影像匹配同名點對；在對極幾何約束的區域內通過SIFT特征匹配算法在尺度空間內高斯核建立高斯金字塔；并基于高斯金字塔構建高斯差分金字塔：DOG金字塔；在DOG金字塔內進行極值檢測，檢測得到同名特征點的位置；

步驟S4：根據POS系統與雙目相機之間的安裝位置關系、POS系統測量得到的姿態信息、雙目相機之間的相對位置關系以及同名特征點的位置，計算得到雙目影像匹配同名點的光線方向，然后根據雙目影像匹配同名點的光線方向利用同步和異步測量兩種方式進行前方交會運算，得到地物的位置信息；

其中，步驟S4具體包括：

步驟S4.1：利用POS系統得到的位置信息、POS系統與雙目相機之間的安裝位置關系確定相機的位置；

步驟S4.2：利用POS系統得到的位置信息、標定得到的雙目相機之間的相對位置關系以及同名特征點的位置，計算同名點的光線方向；

步驟S4.3：根據同名點的光線方向利用同步和異步測量兩種方式進行前方交會運算，得到地物的位置信息。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1具體包括：

步驟S1.1：使光電吊艙對著檢校場左中右分別拍攝一段視頻，從而得到六個視頻，左相機和右相機分別對應3個視頻；

步驟S1.2：對拍攝的視頻截圖后進行檢校，手動選擇預設數量的已知大地坐標的控制點作為計算條件，使用攝影測量中DLT直接線性變換計算姿態的初值；

步驟S1.3：基于姿態的初值使用后方交會進行最小二乘平差，迭代剔除粗差點，得到六張相片拍攝瞬間的姿態以及相機的內參系數；

步驟S1.4：根據六張相片拍攝瞬間的姿態獲得雙目相機之間的相對位置關系。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S1.3中姿態以及相機的內參系數的公式為：

（1）

其中，中，為相機的焦距、為像主點、為畸變系數；中，為相機的相對位置，為相機的姿態。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S1.3具體包括：

步驟S1.3.1：利用共線方程的原理，計算物方空間坐標與像空間坐標之間的轉換關系，根據轉換關系得到點的物方坐標與影像坐標之間的比例關系：

（2）

其中，表示地物點的物方空間坐標，表示像點的像空間坐標，當入射光線為90度時，其對應的像點與影像主點間的距離為R，當入射光線為時，其對應像點與影像主點間的距離為r，R與r之間比例關系為：

其中（3）

步驟S1.3.2：根據物方空間坐標與像空間坐標之間的轉換關系以及不同光線的入射角度對應的像點與影像主點間的距離之間關系，得到廣角相機標定的統一模型：

其中，

s1，s2表示圖像坐標系與相機坐標系之間的轉換系數，r表示入射光線為時，其對應像點與影像主點間的距離，表示像點距離影像主點中心的距離；

步驟S1.3.3：根據廣角相機標定的統一模型，利用最小二乘方法對待求參數進行迭代求解，獲得姿態以及相機的內參系數。

5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S2具體包括：采用廣角相機標定的統一模型中的畸變系數對雙目相機進行實時校正，獲得畸變校正后的雙目影像，其中，畸變校正公式如下：

其中，、分別表示x方向和y方向的畸變校正量，為像素點距離像主點的距離其與入射角度的關系為：

表示像點距離影像主點中心的距離。

6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S3中，在縮小后的匹配區域中進行SIFT特征匹配和Ransac濾波，得到畸變校正后的雙目影像匹配同名點對，包括：

將原始影像糾正成核線影像，獲得雙目影像匹配同名點對，其中，原始影像為物方空間點到原始像空間的投影，核線影像為物方空間點到基線坐標系的投影，原始影像空間轉換到物空間的關系為：

其中，表示物空間的坐標，表示原始影像空間坐標，表示像空間到物空間的轉換矩陣；

物空間轉換到核線影像空間的關系為：

其中，表示核線影像空間的坐標，表示物體空間到基線坐標系的轉換矩陣；

原始影像到核線影像的轉換關系為：

表示表示像空間到基線坐標系的轉換矩陣；

反過來，核線影像到原始影像的關系為：

其中，表示表示核線影像空間坐標。