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无精密转台的测绘相机内方位标定法:基于旋转正交性
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更新于2024-08-05
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本文主要探讨了"基于旋转正交性的测绘相机内方位元素标定方法",由远国勤等人在《仪器仪表学报》第35卷第1期(2014年1月)发表。文章的背景是为了解决在测绘相机内方位元素标定过程中,精密转台可能带来的标定精度问题。作者首先从摄影几何学的角度出发,深入分析了相机成像模型中的坐标变换,特别是关于旋转矩阵的性质,强调了旋转矩阵在保持坐标变换的正交性中的关键作用。 旋转矩阵的正交性对于保证影像空间和像平面之间的精确对应至关重要。通过利用这一特性,研究人员提出了一个创新的标定策略,即基于旋转矩阵的正交性来校准相机的内方位元素,包括主点位置和主距等参数。他们详细阐述了这一方法的具体实施步骤,包括如何构建和处理参变量矩阵,以及标定过程中如何处理各种影响因素。 文章的核心内容围绕着参变量矩阵的计算和优化,旨在找到一组参数,使得旋转矩阵在满足正交性的前提下,能最大限度地拟合实际相机的成像特性。这涉及到一系列的数学模型和优化算法,如最小二乘法或者Monte-Carlo模拟等。 作者还使用Monte-Carlo算法进行了精度评估,这是一种统计模拟方法,通过大量随机采样来估计标定算法的精度和可靠性。实验结果显示,当采用这种新方法时,在无需精密转台的条件下,测绘相机的内方位元素标定精度显著提高,主点位置达到3微米,主距达到5微米,已能满足测绘相机对高精度内方位元素标定的需求。 这篇文章为测绘相机的内方位元素标定提供了一种新颖且有效的解决方案,减轻了精密转台对精度的影响,对于提升测绘相机在地理信息获取、遥感等领域应用的性能具有重要意义。同时,它也展示了数学模型和统计方法在解决实际问题中的实用价值。
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第
35
卷 第
1
期
2014
年
1
月
仪
器 仪 表 学 报
Chinese Journal of Scientific Instrument
Vol. 35 No. 1
Jan. 2014
收稿日期
: 2013-05 Received Date: 2013-05
*
基金项目
:
国家高分重大专项
(
民用部分
)
航空系统
( 30-H32A01-9005-12 /12)
资助项目
基于旋转正交性的测绘相机内方位元素标定方法
*
远
国勤
,
丁亚林
,
惠守文
,
李友一
,
李延伟
,
赵嘉鑫
(
中国科学院航空光学成像与测量重点实验
室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 长春
130033)
摘 要
:
为了消除实验室内对测绘相机进行内方位元素标定过程中精密转台对标定精度的影响
,
提出了基于旋转矩阵正交性
的内方位元素标定方法
。
首先
,
根据相机成像模型中的坐标变换分析了旋转矩阵的正交性
,
接着
,
详细介绍了基于旋转矩阵正
交性的内方位元素的标定方法
,
并对该标定过程中涉及的参变量矩阵进行了分析计算
,
给出该标定方法具体的试验步骤
。
最
后
,
采用
Monte-Carlo
算法给出对该标定算法的精度进行了分析
。
实验室内实际标定结果表明
:
采用该标定方法
,
在不需精密转
台的情况下
,
内方位元素中主点的标定精度为
3
μ
m,
主距的标定精度为
5
μ
m,
可以满足测绘相机内方位元素的标定精度要求
。
关键词
:
内方位元素
;
成像模型
;
旋转矩阵正交性
;
测绘相机
中图分类号
: V556. 5 TD172. 1 TP394. 1
文献标识码
: A
国家标准学科分类代码
: 590. 30 420. 20
Calibration method of inner orientation parameters for mapping
camera based on orthogonality of orientation matrix
Yuan Guoqin,Ding Yalin,Hui Shouwen,Li Youyi,Li Yanwei,Zhao Jiaxin
( Key Laboratorg of Airborne Optical Imaging and Measurement,Changchun Institute of Optics,
Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China)
Abstract: In order to eliminate the influence of precise rotating platform on the camera calibration accuracy in the in-
ner orientation parameter calibration process of mapping camera in laboratory,an inner orientation parameter calibra-
tion method based on the orthogonality of orientation matrix is proposed. Firstly,the orthogonality of the orientation
matrix is analyzed according to the coordinate transformation in the camera imaging model. Then,the inner orientation
parameter calibration method based on the orthogonality of orientation matrix is described in detail. The variable ma-
trices involved in the calibration process are analyzed and calculated,and the calibration steps are given as well. The
accuracy of the proposed calibration method is analyzed using Monte-Carlo algorithm. The actual calibration results
show that the principal point accuracy and principal distance accuracy obtained with the proposed method can reach
to 3
μ
m and 5
μ
m,respectively in laboratory environment without using the precise rotating platform,which can meet
the inner orientation parameter calibration accuracy requirement of mapping camera.
Keywords: inner orientation parameter; imaging model; orthogonality of orientation matrix; mapping camera
1
引 言
遥
感测绘相机的内方位元素标定在航空测绘
、
三维重
建
、
摄影测量
、
计算机视觉等领域具有重要的作用
[1-5]
。
精
确
标定测绘相机主点
、
主距等内方位元素从而校正像点至正确
成像位置
[6-8]
,
是实现高精度测
绘的一个必要条件
,
具有测绘
作用的相机在使用前必须经过内方位元素标定
[9-10]
。
精密测角法是实验室内常用的一种
精确标定航空测
绘相机内方位元素的方法
。
标定原理为物方点光源通过
星点板
、
平行光管
、
光学镜头后成像在遥感相机焦平面
中
,
通过高精度精密转台改变并记录平行光线角度
,
在
CCD
焦平面中读取并记录像点位置
,
根据入射光线角度
数据和对应的像点坐标数据
,
根据一定的约束条件求解
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