[發明專利]一種影像測量平行光管的角度標定算法

在審

• 申請號: 202210986046.X
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115290008A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 彭友志;夏玉國;張鑫;武金鳳;曾卓
• 申請（專利權）人: 武漢地震計量檢定與測量工程研究院有限公司
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G06F17/11;G06F17/16
• 代理公司: 武漢紅觀專利代理事務所(普通合伙) 42247
• 代理人: 黃永亮

1.一種影像測量平行光管的角度標定算法，其特征在于，包括如下步驟：

S0：構建影像測量平行光管，利用轉接件將平行光管和工業相機連接在一起，并將工業相機的圖像傳感器安置在平行光管的焦平面上，不需安置分劃板；影像測量平行光管以任意姿態安置。

S1：將經緯儀或者全站儀安置在平行光管的另一端，調焦至無窮遠，將光源安置在經緯儀或者全站儀的目鏡后方；

S2：將經緯儀或者全站儀目鏡的十字絲依次對準影像測量平行光管的n個位置，使經緯儀或者全站儀目鏡的十字絲中心在相機影像中均勻分布，利用亞像素擬合算法擬合出十字絲中心的n個像平面像素坐標x_i和y_i，i＝1，2，...n，同時記錄各像平面坐標相應的水平方位角和天頂距；

S3：根據影像測量平行光管像平面像素坐標與水平方位角和天頂距之間的轉換關系，對n個相機影像中的均勻分布的像平面像素坐標構建觀測方程組；

S4：采用最小二乘法獲取當前姿態下的工業相機圖像傳感器的像平面坐標系軸向的空間角度像素因子、相機圖像傳感器x軸繞平行光管光軸方向旋轉至水平方向的旋轉角、像平面坐標系不同坐標軸的不垂直誤差角的估計值；

S5：當影像測量平行光管長期安置后姿態發生變化后，建立相應觀測方程組并解算。

2.根據權利要求1所述的一種影像測量平行光管的角度標定算法，其特征在于，步驟S3中根據影像測量平行光管像平面像素坐標與水平方位角和天頂距之間的轉換關系建立觀測方程組，存在如下變換關系：

其中，是將平行光管光軸方向的空間角度轉化為經緯儀或者全站儀坐標系下的水平方位角和天頂距的轉換矩陣；是像平面像素坐標系x軸繞光軸方向旋轉到水平方向的轉換矩陣；是像素坐標與角度坐標的轉換矩陣；是將實際的不垂直圖像傳感器坐標系與嚴格垂直的像平面坐標系的轉換矩陣；h_i和v_i分別是是第i點的水平方位角和天頂距，i＝1，2，...n；x_i，y_i，i＝1，2，...，n是第i點的像平面像素坐標；θ為圖像傳感器坐標系x軸繞平行光管光軸方向旋轉至水平方向的旋轉角；p為圖像傳感器的x軸與y軸之間的存在的不垂直誤差角；k_x和k_y分別為工業相機在像平面坐標系x軸和y軸的空間角度像素因子；h₀和v₀分別是像平面坐標系的原點對應到水平方向的方位角與天頂距；對于第i個像平面像素坐標，令則變換關系式可以改寫為

根據轉換關系，列出觀測方程組，令d＝Gm+e，其中e為殘差；

3.根據權利要求2所述的一種影像測量平行光管的角度標定算法，其特征在于，步驟S4中采用最小二乘法獲取當前姿態下的工業相機圖像傳感器的像平面坐標系軸向的空間角度像素因子、相機圖像傳感器x軸繞平行光管光軸方向旋轉至水平方向的旋轉角、像平面坐標系不同坐標軸的不垂直誤差角的估計值，有

其中m為觀測參數，為觀測參數的估計值；測量標準差觀測參數的估計值的方差協方差陣為相應的有：

將觀測參數的估計值線性化后，有是線性化后的結果，

的方差協方差陣為

是對應的的分塊矩陣。

4.根據權利要求3所述的一種影像測量平行光管的角度標定算法，其特征在于，步驟S5所述當影像測量平行光管長期安置后姿態發生變化后，建立相應觀測方程組并解算，是當影像測量平行光管長期安置后姿態發生變化后對p、k_x和k_y不產生影響，但需考慮圖像傳感器x軸與水平方向之間的旋轉角θ以及h₀和v₀發生變化對標定矩陣產生的影響，故在后續標定時，需標定θ、h₀和v₀，此時p、k_x和k_y沿用步驟S4的中的估計值，對當前獲取的各點像平面的像素坐標x’、y’轉化成同一像平面坐標系下的具有水平方向旋轉角度的坐標：有轉換關系

具體的，將經緯儀或者全站儀在影像測量平行光管光軸平面水平移動取n個目標點(x’_i，y’_i)，i＝1，2，...n，進行擬合，令采用最小二乘估計，求得θ、h₀和v₀。