數(shù)碼相機標(biāo)定方法的優(yōu)化研究

1、數(shù)碼相機標(biāo)定方法的優(yōu)化研究第18卷第2期2004年6月五邑大學(xué)(自然科學(xué)版)journalofwuyiuniversity(naturalscienceedition)vo1.18n0.2jun.2oo4文章編號:l006.7302(2004)02.0027.03數(shù)碼相機標(biāo)定方法的優(yōu)化研究胡華科,鄭春燕(嘉應(yīng)學(xué)院地理系,廣爾梅州514015)摘要:在應(yīng)用中,數(shù)碼相機的標(biāo)定是相當(dāng)重要的.論文首先設(shè)計了一種進行精確內(nèi)標(biāo)定的測量方法,然后推導(dǎo)了可變焦距數(shù)碼相機標(biāo)定的數(shù)學(xué)模型.關(guān)鍵詞:數(shù)碼相機;標(biāo)定;數(shù)學(xué)模型中圖分類號:tb852.1文獻標(biāo)識碼:a數(shù)碼相機是一種集光,機,電為一體的數(shù)字化產(chǎn)品,集成了影

2、像信息的采集,轉(zhuǎn)換,儲存,傳輸?shù)炔考?可方便地傳輸至計算機內(nèi)處理,是一種在日常生活和科學(xué)技術(shù)上都廣泛使用的非測量型相機.和專業(yè)的測量型相機相比,數(shù)碼相機鏡頭畸變大,沒有框標(biāo),內(nèi)定向元素也是未知的.但由于使用上的便利和價格優(yōu)勢,以及影像后處理的快捷,方便,適用性,數(shù)碼相機受到越來越多的專業(yè)技術(shù)人員的關(guān)注.基于數(shù)碼相機的數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)在工業(yè)制造,土木工程,醫(yī)學(xué),考古,地理測繪等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛.而數(shù)碼相機是一種非測量設(shè)備,如何對相機進行精確標(biāo)定將直接影響最終測量的精度,國內(nèi)外諸多學(xué)者對此作了許多研究,提出了各種內(nèi),外標(biāo)定的方法和數(shù)學(xué)模型fl.】.這些數(shù)學(xué)模型有的誤差較大,有的標(biāo)定精度較高,但

3、處理復(fù)雜,只限于固定焦距.本文首先設(shè)計了一種進一步提高內(nèi)標(biāo)定精度的方法,然后對標(biāo)定數(shù)學(xué)模型作了進一步的優(yōu)化,使之能適應(yīng)變焦距攝影的需要.1內(nèi)標(biāo)定參數(shù)確定的優(yōu)化內(nèi)標(biāo)定精度直接影響點的定位精度,其中關(guān)鍵一步是測定標(biāo)志點的相對位置以求得相鄰像素的點距,難點在于精確測定標(biāo)志的距離.姜大志等在文獻【1中提出采用矩形貼紙的方法,該方法簡便,成本低,但精度也低.管業(yè)鵬等在文獻【2中提出十字刻畫線的方法,并設(shè)計了以十字刻畫線為特征點的二維圖像特征點坐標(biāo)求取方法,該方法精度較高,但算法復(fù)雜,十字刻畫有時會很困難或根本不允許.鄧文怡等在文獻【3】中提出激光投射產(chǎn)生待測特征點法,該方法難以判斷能量中心,成本也高.上

4、述這些方法仍需另外精確測定目標(biāo)的實際距離,以求得像素點距本文設(shè)計了如下的實驗方法.1.1標(biāo)志的制作標(biāo)志采用薄金屬片或塑料片制作,也可制作大樣然后縮小洗印在相紙上,精度更高,標(biāo)志形狀見圖l所示,實驗證明效果較好.標(biāo)志顏色宜為黑底白色或白底黑色,考慮到攝影材料的感光度,可取藍底桔紅色或相反,底色和被攝物體顏色差別宜大不宜小.收稿日期:2003一l028作者簡介:胡華科(1976一),男,江西臨川人,助理工程師,學(xué)士,從事:_程測量教學(xué)科研工作.五邑大學(xué)(自然科學(xué)版)2o0i4年1.2測量如圖2所示,為一鉛垂面,pm,qjv為過標(biāo)志中心鉛垂線,采用經(jīng)緯儀分別在控制點a,設(shè)站,測得水平角i,2,3,4

5、和豎直角,盧2,利用基線尺可測得距離,為進一步提高精度,還可采用多測回取平均值的方法.如圖則有:am=saa_xsin3,且m=三,刪=:=屆sun=(,smn+s_mn)/2=sprseu=smxctg盧i,q=sanxctg盧see=,/(q一seu)-i-將上式依次代人,即可得到標(biāo)志間實際距離,由此不難得到像素點距.若采用全站儀配合全反射標(biāo)志,可直接測得標(biāo)志點的三維世界坐標(biāo),并反算出距離.也可用對邊測量方法直接測定標(biāo)志的距離,求得點距,基本原理同上.本實驗主要采用北光dj2型經(jīng)緯儀進行,在墻面布設(shè)了4個標(biāo)志,基本成3.5m2.5m矩形布置,基線和標(biāo)志間實際距離用經(jīng)鑒定的鋼尺直接測量,和經(jīng)

6、緯儀測角后計算距離進行了比較,實驗結(jié)果見表1.限于實驗室條件,未能采用更高精度的一級線紋米尺或高精度測距儀進行比對,但從理論上可以證明其是能達到亞毫米精度的.田目圖1標(biāo)志圖樣圖2測量示意圖表1標(biāo)志點相對精度比較單位:mm該類型標(biāo)志筆者在原天津海河大橋(獨塔斜拉橋)變形監(jiān)測項目中也設(shè)計過.2變焦距攝影數(shù)學(xué)模型的確定在外參數(shù)矩陣確定方面,一般所見文獻提出數(shù)學(xué)模型均是基于固定焦距的.顯然,在固定焦距情況下,獲得的影像不總是最清晰的,在攝影場合受限時更是如此,因此,有必要確定一種適宜變焦距攝影的數(shù)學(xué)模型.數(shù)碼相機攝影時滿足共線條件方程的普遍式為第l8卷第2期胡華科等:數(shù)碼相機標(biāo)定方法的優(yōu)化研究29.一

7、,三_,_j萋暑,一,蒜專等,式中(,yo)為像主點的像平面坐標(biāo);f為相機的焦距;(,),)為像點坐標(biāo);(x,y,z)為相應(yīng)地面點坐標(biāo);(x,z)為投影中心在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo);a,b,c=1,2,3)為由像方,物方兩空間直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角,cc),所確定的方向余弦值.在變焦情況下,應(yīng)視作未知參數(shù),則該模型共有7個參數(shù),至少需要已知4個點的像空間坐標(biāo)和大地坐標(biāo)可建立轉(zhuǎn)換關(guān)系,多余4個可按最小二乘平差原理平差處理,可獲更高精度.將上式按泰勒公式展開后線性化,得每個點的誤差方程式為=簧?+簧?+?+鼉?+?+蕓.+等.+c一=?+簧?+?+?+-+蕓?+等?+cy一y.用矩陣表示為v=bl,其中

8、v=【】t,b=szscc)t,l=,ly】t,l=(x)-x0,ly=(),)一y0.則:=(曰tb)-lbtl,為避免j角函數(shù)的計算,也可采用羅德里格矩陣.本實驗采用了jvcgr-dvl970可變焦距式數(shù)碼攝像機(10倍光學(xué)變焦.,=3.8mm至38.0mm)進行,對標(biāo)志在5m和10m處分別進行了變焦攝影,計算后得=10.2mm.f2=21.3mm.3結(jié)語1)1,2章測量中的基線測量方法測定精度可根據(jù)實際需要精度進行設(shè)計,比如采用強制對中觀測裝置,多測回求平均等方法.而日.在測定內(nèi)標(biāo)定元素的同時,也建立了影像和物方控制間的關(guān)系,若控制點a,具有當(dāng)?shù)匚锓阶鴺?biāo),則整個影像可納入物方坐標(biāo)系中,這

9、在地理,測繪,軍事等領(lǐng)域具有重要意義.2)和同定焦距相機相比,變焦距相機的內(nèi)方位元素不是很穩(wěn)定,在允許情況下.應(yīng)優(yōu)先考慮定焦距相機.若采用變焦距相機時,則應(yīng)注意參數(shù).廠的解算,文中變焦數(shù)學(xué)模型可以較好地適應(yīng)實際的需要.參考文獻:【l】姜大志.孫閔.劉淼,等.數(shù)碼相機標(biāo)定方法研究【j】1南京航空航天大學(xué),2001.33(1):55-59.【2】管業(yè)鵬,童林夙,尹涵春.基于數(shù)碼相機的一維物體空間兒何位置的攝影測最【j】1電子,2002,(6):849.852.【3j鄧文怡.呂乃光.巫建坤.測量=i件三維曲而的工業(yè)視覺測量系統(tǒng)【j】.華中理j:大學(xué).1999.27(1):81.83,(下轉(zhuǎn)第5l頁)

10、矽矽一r;一r;一一廣x一y一aaaa旦呱第l8卷第2期劉文超等:綠色環(huán)保纖維的開發(fā)與應(yīng)用5l參考文獻:【l】林昕.彩棉產(chǎn)業(yè)化在我國西部崛起【j】.中國棉花,2003,(5):22.23.2】鞏繼賢,李輝芹.竹纖維制t紡織新材料j】.纖維技術(shù),2003,(3):59.62【3】張慧.2l世紀(jì)的環(huán)保纖維tencei【j】.濟南紡織化纖科技.2001,(2):2-4.【4】解谷聲.聚乳酸纖維的染色.遼寧絲綢【j】.2001,(4):32.36.thedevelopmentandapplicationofgreenandenvironment-friendlyfibersliuwen-chao,di

11、jian-feng(dept.oftextile&clothing,wuyiuniv.,jiangmen529020.china)abstract:thispapermainlyintroducesthecurrentsituationandthetrendofthedevelopmentandapplicationofgreenandenvironment-friendlyfibersintheworld.italsogivesadetaileddescriptionofafewsuchfibers.keywords:greenfibers;naturalcoloredcotton;

12、lyocellfiber;bamboofiber;plafiber;chitinfiber;soyalbumenfiber(上接第29頁)【4】于君明,黃小波.基于數(shù)碼相機立體像對的物體j維信息快速獲取方法j】.測繪學(xué)院.2002,(4):276.279.【5】鄭南寧.計算機視覺和模式識別【m】.北京:航空:業(yè)出版社.1998.14.22.【6】debevecpe,taylorcj,malikj.modelingandrenderingarchitecturefromphotographs:ahybeidgeometryandimage-basedapproachj】.computergrap

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