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近景摄影测量中数码相机检校的探讨 近景摄影测量中数码相机检校的探讨 2011年07月01日 数字摄影测量处理的原始信息主要的是数字影像， 目前， 得到数字影像常用的方法是对专业光学摄影机拍摄的相片进行扫描数字化。在数字近景摄影测量领域， 专业摄影机的影像具有明确的几何位置关系， 但其巨大笨重， 价格昂贵， 相对此缺点， 数码相机表现出了巨大的优势。但非量测数码相机在使用前， 要对其进行一系列的改造， 恢复摄影中心与相片间的相对关系。为此， 必须知晓相机的内方位元素和各项构像畸变改正系数， 使之满足近景摄影测量的要求。 数码相机检校的目的是恢复影像光束的正确形状， 即通过检校获取影像的内方位元素和构象畸变系数。数码相机检校的内容包括: 主点坐标的测定、 主距的测定、 光学畸变系数的测定、CCD面阵内畸变系数的测定。 数码相机的检校需满足两个方面的精度要求， 分别是内定向元素检校的精度要求和光学畸变差检校的精度要求。目前对于普通相机光学畸变差的检校还没有统一的标准， 所以这里我们重点研究内定向元素检校的精度要求。 一、 检校的过程 1.实验场地的选择与建设。为了精确的检校本次试验所用的数码相机， 选择了室外大型三维检校场。经实地勘查研究， 最终选定在某个家属楼上布设检校场， 该家属楼高大约30米， 电梯、 走廊、 墙体和凹槽， 构成了前后四个层次的立体结构， 符合建立室外大型三维检校场的条件， 而且在该楼对面40米处， 是一栋五层的办公楼， 在办公楼上能够在不同的高度进行多方位的立体拍摄。 该检校场上布设了419个控制点， 控制点为直径60mm的黑色圆， 中间放有10mm× 10mm的正方形发光片， 在深度为40米左右时， 地面分辨率约为7mm左右， 直径方向上有8个像素， 在图像上可以清楚地识别。 全站仪反射片的尺寸为10mm× 10mm， 反射片的面积很小，为了保证观测的精度， 对反射片和棱镜所测距离进行对比， 试验采用将反射片贴在棱镜的贴板上， 然后在检校场的范围内分别进行测距， 测量精度达到了毫米级， 控制点的测量精度完全满足检校相机的要求。 控制点的坐标测量用GTS- 311S型TOPCON全站仪， 采用测回法进行 观测一个测回， 全站仪为2n级仪器， 为了提高精度， 三个人测量， 测量， 最后取三个人测量坐标的平均值， 测量精度可以达到要求， 采用相对坐标系， Z轴向上为正方向。 控制点的坐标建立和测量是近景摄影测量的关键一步， 将在相机的检 后期相片的处理以及采点精度的对比分析中起着举足轻重的作用。这里就校、 对控制点的坐标精度进行分析。 根据测回法的计算步骤， 可以算出坐标的测量误差， 具体计算步骤如下: ， 将上式两边分别求偏导可以得到: ， 将上式两边分别平方可得: ， 分别将等式两端相加， 就可以得到坐标中误差的求导公 式: 当S为40米， ms=5mm， ma=2n 时， m=5.0001mm。 由于是三个人观测， 控制点的最终坐标取的是三个人的平均值。所以根据下式则有: ， 最终的坐标中误差m′=2.8868mm。满足测量的精度要求。超焦点距离作为近景相片摄取过程中一个量的标准， 不同的数码相机对应不同的超焦点距离， 下面对SWDC57数码相机的超焦点距离进行分析。景深是在给定的光圈和模糊圈大小条件下被摄影空间获得清晰构象的深度范围。景深是以沿光轴方向的后景距离与前景距离的差值表示， 即Δ D=D2 -D1。 其中， ， 式中，， (2) 其中， F为摄影机的焦距， k为光圈号数， E为模糊圈直径， 则H就是超焦点距离， 又称无穷远起点， 超焦距以外的目标点的距离都认为是无穷远， 且构象清晰。该相机的光圈号数k的范围为4,32， 检校焦距为49.8mm， 由公式 (2) 可知40米在超焦点距离 之外， 可当做无穷远处， 成像清晰。 2.相机的检校。本次使用的哈苏相机采用澳大利亚墨尔本大学的Australis软件， 可以获得下列相机参数: 内方位元素 (x0，y0)、 径向畸变参数 (k1， k2， k3)、 偏心畸变参数 (p1， p2) 和面阵内畸变参数 (b1， b2)。 以哈苏数码相机为例， 简要说明一下Australis相机检校软件的使用操作步骤: 打开Australis相机检校软件， 选择FILE/NEW， 建立一个新的工程。建立新的相机Swdc57， 并把swdc57从Camera Database拖到工程中。把比例 尺条DemoBar从ScaleBar Database中拖到工程Demo中去。在对当前运行图像没有比例尺条的一个记录中， DemoBar是对已知两点之间距离的一个模拟。用FILE /SAVES菜单项将工程保存到一个系