15、数字成像系统校准与定向技术及应用

数字成像系统校准与定向技术及应用

校准与定向技术概述

在使用数字相机进行测量时，需要了解描述相机内部模型以及外部位置和方向的不同参数，确定这些内外参数的过程被定义为测量系统的校准和定向。以下将详细介绍几种常见的校准和定向技术。

实验室校准方法

• 测角仪法 ：在实验室明确定义的条件下，可使用测角仪法确定畸变参数。具体操作是将高精度网格板放置在相机的像平面，然后用测角仪从物方瞄准网格交点并确定相应角度，通过比较标称值和实际值得到畸变值。
• 准直仪技术 ：通过几个相互成特定角度设置的准直仪将测试图案投影到像平面。同样通过比较标称值和实际值来获取内部定向参数，但该方法仅适用于聚焦在无穷远的相机。

不过，使用上述实验室技术校准数字成像系统存在一些问题：
1. 设备布局成本高。
2. 相机的内部定向通常不稳定，用户需要定期重新校准。
3. 内部定向（包括畸变）会随不同的焦点和光圈设置而变化，因此在实际条件下进行校准似乎更合适。

光束法平差

光束法平差是一种重要的校准和定向方法，它可以同时确定成像系统的未知物方坐标、外部定向和内部定向以及所有相关系统参数。具体步骤如下：
1. 基于特定方程（Eqs. (6.2) 和 (6.4)），为图像中测量的每个点建立两个所谓的观测方程。
2. 所有对应物方点的图像点的方程总和构成一个系统，用于确定未知参数。由于这是一个非线性方程组，最初不需要线性化。
3. 使用最小二乘法迭代计算，以最小化观测图像坐标的偏差平