GNSS约束的长航带无人机影像自检校方法

相机自检校直接决定无人机影像空三的精度。沿输电线路走廊采集的长航带结构无人机影像是一种典型的退化配置,对其自检校容易出现“碗状”效应。为解决该问题,传统方法往往依赖较多控制点,而提出的自检校方法仅需一个控制点。首先研究经典物理模型和最新的数学模型;然后在增量式SfM(structure from motion)框架下,设计了一种联合无人机影像相机检校参数初始化和高精度差分全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS)位置信息辅助的相机自检校方法。利用两个实验区域不同采集模式下的4组无人机电力走廊影像进行无控制约束以及单个控制点约束的相机自检校实验。结果表明,提出的相机自检校策略在无控制点约束时,可以有效缓解长航带结构空三的“碗状”效应,减轻模型的弯曲程度,提高自检校空三的绝对精度;单个控制点约束自检校时,水平和高程精度均优于0.06 m。与当前主流开源和商业软件对比,该算法能够得到相当或更高精度。     

航空倾斜摄影系统多相机姿态安装误差检校

针对航空倾斜摄影系统多相机间相对关系的姿态误差,提出一种利用下视影像密集匹配点云约束的联合平差多相机姿态安装误差检校方法。文中方法以共线方程为基础,通过联立倾斜立体像对连接点、下视影像密集匹配点云数据提供的高程约束虚拟观测值,采用非线性最小二乘SQPM算法求解倾斜影像的外方位元素改正数,从而解算下视相机与倾斜相机间的姿态安装误差。为了保证连接点可靠性,提高虚拟观测值的有效性,采用下视影像密集匹配的点云约束倾斜影像立体连接点匹配和分布优化过程。利用SWDC-5倾斜摄影系统获取的数据进行实验,通过原始姿态检校参数将下视影像生成的密集点云投影至倾斜立体影像上,在像方有22个像素左右的误差,采用文中方法检校后,像方误差减少到0.29个像素。     

基于有限元模型的数字工业摄影测量相机二次检校

针对数字工业测量相机检校问题,在10参数相机畸变模型的基础上,提出一种基于有限元模型的二次检校方法,利用10参数模型补偿相机可预见性畸变差,剩余的不可预见性畸变差则利用有限元模型进行二次补偿。通过对INCA3量测型相机和CanonEOS 5D Mark Ⅱ、Nikon D2H非量测型相机的检校试验发现,量测型相机的机械结构稳定、成像噪声低、测量精度提高显著,但非量测型相机的精度提高不明显。     

基于大比例尺航空影像共面约束条件的相机自检校方法

提出了基于大比例尺航空影像共面约束的相机自检校方法,该方法使用所有立体像对同名点基于共面约束对相机的内方位元素及畸变系数进行解算。首先进行航空影像同名点匹配,构建立体像对;然后基于共面约束使用直接解法和迭代优化进行相对定向,解算相机位置与姿态;最后使用最小二乘优化方法解算相机内方位元素和畸变系数。对于高分辨率大尺寸航空影像,图像中心及边缘的畸变差异较大,为了进一步提高解算精度,对图像进行网格区域划分解算畸变。使用大比例尺航空影像进行解算能真实精确反映航空摄影测量时所获取图像的相机参数和畸变系数,避免检校环境与使用环境不同解算得到的相机畸变参数不能真实反映所获取影像的畸变问题;使用所有同名点解算,避免由于选择不同特征点或控制点对检校精度的影响;通过区域网格划分,进一步提高了解算精度。对检校结果进行了分析,该方法精度较高,与基于室外检校场的精度相当,能真实精确反映航空摄影测量时所获取图像的相机参数和畸变系数,提高了三维重建的精度。     

一种改进的恒星相机在轨检校方法

目前利用星对角距进行恒星相机在轨检校时,一般有两种方法,一种是不考虑镜头畸变,只检校相机内方位元素;另一种考虑畸变的影响,先检校相机内方位元素,再用多项式来拟合畸变。本文在利用镜头畸变规律的基础上,将畸变与相机内方位元素一并检校。实验表明,该方法比其他两种方法能更有效的提高相机检校精度。     

相机畸变的混合模型迭代检校法

严格的相机检校是进行高精度测量和三维模型重建的基础。本文通过模拟理想影像并对之加入各种畸变,针对相机平面畸变检校模型中的径向、偏心和平面内3种畸变进行了探讨,结果发现同时考虑径向、偏心和线性3种畸变的物理检校模型要优于只考虑其中某一种或两种畸变的物理检校模型;试验结果同时表明现有物理检校模型并不能完全消除影像畸变;针对物理检校模型不能完全消除影像畸变的问题,本文引入数学检校模型（切比雪夫多项式）,并提出物理检校模型和数学检校模型混合迭代检校的思想,通过模拟影像试验验证这一方法比单一使用物理模型或数学模型更能有效地降低影像畸变;最后本文对运动相机GoPro影像检校试验进一步验证了提出的混合模型迭代检校法能够更好地检校影像畸变。     

鱼眼相机矢量观测检校模型及其应用

提出了一种基于矢量观测的鱼眼相机检校新模型。该模型中的基本观测量不仅包括半视场角,而且包括方位角。在模型中引入罗德里格矩阵,采用3个罗德里格参数表示外方位元素,简化了观测方程的形式及运算。采用实测的星图数据对新模型与基于半视场角约束的检校模型进行比较,结果表明新模型在约束方位角误差方面具有明显的优势,在约束半视场角误差方面略有不足。建议在实际应用中首先采用基于半视场角约束的检校模型确定径向畸变参数,然后再采用新模型求解其他相机参数。     

相机检校的迭代处理方法

对相机光学畸变精确检校是提高摄影测量精度的手段之一。常规的相机检校方法一般是利用检校场,对相机检校模型的畸变系数进行估算进而校正相机畸变误差。由于引起各类相机畸变的原因千差万别,目前尚无法找到能对各类相机都适用的理想模型。为此,本文在对现有相机检校模型进行分析的基础上,提出了一种相机检校迭代处理的思路。首先,利用现有条件快速建立简易的室外检校场。其次,利用现有相机检校模型按照迭代处理的思路通过多次应用检校模型进行迭代检校来消除影像畸变。最后,在无控制点情况下,结合自由网平差理论进行无控制点的相机迭代检校处理。本文通过对两种非量测相机进行检校试验,比较分析了常规检校方法和迭代检校方法。试验结果表明,本文提出的相机检校迭代处理的思路能在常规检校方法的基础上进一步提高非量测相机检校的精度。     

倾斜航空影像的城市建筑物三维模型构建研究

针对当前城市建筑物三维模型构建的需要,本文提出一套利用无人飞艇载四组合特宽角相机同时实现高精度空中三角测量和建筑物景观三维建模的技术路线。一方面通过基于四相机重叠影像自动匹配的自检校,达到设备轻小型化条件下的精密等效中心投影构像,用以支持高精度空中三角测量;另一方面,通过自检校的4个方向倾斜的相机,达到一次飞行同时获得四方向建筑物侧面影像的目的,为城市景观的三维表达、精细建模和可视化提供一种新的、快捷的技术方案。     

CCD相机二维几何检校

CCD 相机检校是 CCD输入影象处理的一个必不可少的过程。本文对 CCD成象系统的几何性能进行了分析,提出了测定 CCD影象象素比例因子和象主点初值的简易实验方法。在此基础上,构造了一种同时顾及光、电误差的二维检校方法,井进行了相机检校实验。最后对检校结果进行了分析和讨论。     

数码相机控制点的自动定位检校

为简化控制场相机检校中的人工量测控制点的繁琐工作,提高相机检校精度,本文提出一种方法:只需均匀量测少量控制点的像方坐标获取相机检校初始参数,便可通过动态模板匹配实现单影像相机检校的控制点高精度自动定位检校。实验证明此方法检校精度与人工量测检校精度相近。     

LiDAR相机检校对正射影像精度的影响

本文简述了机载LiDAR系统相机检校的基本原理,分析了影响相机检校精度的因素,并在此基础上利用实验数据对相机检校精度和正射影像精度之间的关系进行分析讨论。实验结果表明两者之间不是简单的线性关系,相机检校随着自身精度的高低对正射影像精度的提高有不同的影响,当空三解算外方位元素时的中误差从0.6522降到0.4851的过程中,正射影像精度提高较快;当空三解算中误差降低到0.4851时,正射影像的精度较难通过提高相机检校精度来提高。     

基于任意共面的两圆的相机检校

本文描述了一种新的只用两个任意半径的共面圆的单幅影像进行相机检校来估计相机的外部参数和其焦距的方法。本文认为一种简单的估计相机的外部参数和其焦距的方法是非常重要的,因为在很多应用场合,相机的位置、姿态和其缩放频繁的改变。一种易用且便利的相机检校的方法需要具有两个特性:1)检校目标可以很容易地获取或者准备,2)检校的操作应非常简单。我们提出的这种方法满足此要求,而大多数已有的相机检校的方法不满足。因为它们需要一个特别设计的检校目标,并且需要多幅影像。由于画任意半径的圆是非常简单,甚至可以在地面上用一根绳子和一个木棍获取,所以此方法所用的检校目标很容易准备。另外,此方法只需要一幅影像,并且它允许圆或者一部分圆的中心被遮挡。另外该方法还可以同时估计相机的焦距和外部的一些参数。这是因为由于变焦镜头使得缩放会随着相机的底座频繁的改变,只要相机的底座有变化那么就必须估计相机焦距。通过在模拟的和真实的影像上的大量实验表明此方法是非常有效的。     

鱼眼相机检校的正则化方法比较分析

鱼眼相机因其成像视场极大而在全方位视觉、测量、工业制造等领域得到了广泛的应用,但在应用鱼眼相机之前需要对其进行检校。鱼眼相机参数包括畸变参数、内方位参数和外方位参数等,这些参数之间存在着很强的复共线性而使法方程呈现严重病态,导致参数解容易受到观测误差的影响,正则化方法恰好能够有效地解决方程病态的问题。针对鱼眼相机的特点,首次提出了鱼眼相机检校的正则化方法,介绍了基于半视场角约束的鱼眼相机检校方法,阐述了Tikhonov正则化方法和截断奇异值（TSVD）正则化方法的基本原理,探讨了求解正则化参数的L曲线法和广义交叉检验法（GCV）的特点,最后构建了5种不同的正则化方案对15组数据进行了分别处理,并对得到的相机参数的精度和准确度进行了比较分析。实验分析表明：各种正则化方案会引起相机内方位参数约为0.2像素的轻微偏移,但是相对于直接最小二乘解其精度至少提高了1000倍,能够极大地提高相机检校的抗干扰性。     

地面检校场的非量测型数码相机检校

由于相机检校作为非量测型数码相机应用于摄影测量前的必经步骤,其精度直接决定着后续测图的精度,因此针对传统的相机检校方法不能较真实地反映相机的物理状态、检校精度不高的问题,该文给出了基于地面检校场进行检校的流程,并以和静县数据为例,将该方法的检校精度与基于室内三维检校场以及基于纯平液晶显示器的检校精度进行了对比。实验表明:经该方法检校出来的相机参数精度更高,能够满足大比例尺测图要求。     

相机检校控制场像点坐标自动定位与高精度量测

针对三维控制场相机检校中像点坐标的量测精度和效率较低的问题,该文研究在三维控制场物方控制(编码)点三维坐标已知的情况,通过对编码点自动识别与定位,借助直接线性变换(DLT)方法计算影像投影变换参数,实现影像控制点像点坐标自动初定位。通过边缘检测、最小二乘椭圆拟合、最小二乘直线拟合等步骤,实现控制点像点坐标的高精度定位量测。试验表明,此方法可实现控制点像点坐标全自动高精度定位量测,定位精度达0.04像元,提高了相机检校的精度和效率。     

月面巡视探测器导航和全景相机标定方法研究

提出一种基于自检校光束法平差模型的月面巡视探测器导航相机和全景相机的高精度标定算法。详细推导了利用二维直接线性变换模型求解相机参数和像片外方位元素初始值的方法;推导了利用自检校光束法平差模型求解相机参数和像片外方位元素精确值的方法。最后,利用一对工业镜头模拟月面巡视探测器导航相机和全景相机并获取一组实际数据对算法进行试验,验证了算法的精度和可行性。     

整体最小二乘法在非量测型相机检校中的应用

目前,非量测数码相机已广泛应用于摄影测量等领域,相机内外方位元素始终是摄影测量计算的基本数据,关系着后续生产成果的质量。针对传统的相机检校中,采用最小二乘平差估计对直接线性变换算法进行求解,进而求解相机内方位元素和畸变参数等相机内部参数,未顾及物方控制点坐标误差的问题,文章引入以变量误差模型为基础的整体最小二乘平差方法计算单应性参数,求解畸变参数、内方位元素等参数。其同时顾及了观测向量和系数矩阵的偶然误差,建立的模型更加严密、更加合理。实验结果表明,在计算焦距、主点偏移量等参数时,采用整体最小二乘平差方法比最小二乘平差方法计算精度更加提高。     

由小面阵CCD组合构成宽角航空相机

本文研究由多台小面阵CCD相机构建组合式宽角航空相机的新方法———包括由3台或4台相机组合构建的多相机系统结构,由其分离的各影像转换成等效大影像的数学表达;利用室外和室内近景相机检校场对组合相机系统进行高精度检校的内容、解算方法和检校结果;最后给出了以3相机组合系统装备无人驾驶飞行器(UAV II)进行低空摄影的影像成果。     

几种相机检校方法的探讨

相机技术参数的检校是保证成果质量能否满足精度要求的关键问题之一。本文主要对常用的几种检校方法进行归纳,通过对实验数据的对比分析,找出优缺点,得出结论,为以后相机检校方法进一步的探讨提供一定的帮助。