数字近景立体摄影系统高精度标定方法研究

摘要

现实世界的三维重建工作需要依靠大量空间数据的支持，快速大量获取高精度点位数据是三维重建的基础。获取地物点位信息的方法多种多样，其中使用近景摄影测量系统进行数据采集是一种理想的方法。近景摄影测量系统以其低成本，高效率的采集方式，受到人们的重视，然而解算精度不足成为其应用中的制约因素。影响近景摄影测量系统解算精度的因素包括控制点采集精度、解算模型的适用性，镜头畸变校正准确性等。
　　本文主要研究了基于高精度三维标定场的相机标定方法。以车载CCD相机和普通相机作为采集设备，对高精度三维标定场进行拍摄，获得近景影像；对相机标定的方法和结果进行了研究，主要内容包括：1)对现有的基于标定场的相机标定模型进行研究，针对其中的弱点加以改进，建立相机内外参数一体化标定模型和畸变模型，并将解算标定参数和畸变参数两个过程进行迭代，提高精度。2)根据本文的标定模型和畸变模型，推导基于相机参数的像方坐标与物方坐标正反算方法。3)使用C++程序设计语言对算法进行编程实现，对相机的标定与物方坐标解算方法进行实验验证和误差分析，对地物点解算像方坐标进行求解和误差分析。并绘制通过影像对解算的物方坐标的误差椭圆。
　　本文的主要成果是建立了相机内外参数一体化标定模型和并实现了相应的迭代解算方法，明显提高了像方坐标和物方坐标正反算精度，创新之处有：1)将相片的内方位元素和外方位元素纳入一个矩阵内，构建一个隐参数的类旋转矩阵，避免了解算单个元素的过程中带来新的精度损失；2)将解算类旋转矩阵和解算畸变参数两个求解线性方程的子过程进行迭代，避免求解非线性方程，但可以提高参数精度，从而提高像方坐标和物方坐标正反算精度。
　　实验结果表明，本文的方法稳定性强，车载CCD相机影像的解算误差可控制在1.3‰以内，普通相机的影像解算误差在2.6‰，优于Weng改进法、DLT与非线性迭代三步法等，无论是车载CCD相机还是普通相机均可用该方法达到高精度的地物点位量测水平。

目录

文摘

英文文摘

图目录

表目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 单相机标定

1.3.2 双相机标定与多相机标定

1.3.3 目前的解算方法存在的问题

1.4 研究内容

1.5 研究方法与技术路线

1.5.1 研究方法与研究手段

1.5.2 技术路线

1.6 章节安排

第2章 双相机内外参数和畸变参数矩阵解算

2.1 相机成像几何模型

2.2 相机内外参数标定法

2.2.1 DLT法

2.2.2 WENG二步法

2.2.3 DLT与非线性迭代三步法

2.3 基于相机内外参数一体化标定模型的迭代求解法

2.3.1 相机内外参数一体化标定模型

2.3.2 相机畸变参数解算的一般方法

2.3.3 类旋转矩阵和畸变参数的迭代求解

2.4 本章小结

第3章 基于相机参数的像方坐标与物方坐标的正反算

3.1 基于相机参数的像点坐标到地面点坐标的计算

3.2 基于相机参数的地物坐标到像方坐标的映射

3.3 本章小结

第4章 近景立体摄影的标定与坐标解算实验及其精度分析

4.1.实验装置与方法

4.1.1 高精度标定场

4.1.2 标定场立体影像的获取

4.2 车载立体摄影系统的标定与坐标解算实验

4.2.1 一体化标定模型的迭代求解法概述

4.2.2 一体化标定模型的迭代求解法适用性的初步验证

4.2.3 畸变参数阈值对标定及坐标解算的影响

4.2.4 不同标定方法下物方坐标解算的对比实验

4.2.5 像方坐标解算结果检验

4.2.6 误差原因分析

4.3 普通相机的标定与坐标解算实验

4.3.1 一体化标定模型的迭代求解法对普通相机的适用性验证

4.3.2 畸变变参数阈值对标定及坐标解算的影响

4.3.3 不同标定方法下物方坐标解算的对比实验

4.3.4 误差原因分析

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1.论文结论

5.2 问题与展望

参考文献

致谢