基于线特征的相机标定与定向方法分析.docx

摘要
相机标定和定向,即对相机拍摄的扭曲影像进行纠正并获取相机的内、外方位元素, 不仅是摄影测量和计算机视觉的重要环节,还是其基本问题和实现的前提,为更好的量测、识别和信息利用奠定了坚实的基础。
对于计算机视觉和摄影测量,尤其是近景摄影测量,根据影像的用途和所处环境的不同,需要采用不同的标定和定向方法,任何一种标定和定向方法也不能适用于所有的应用,而且很难获得一种方法能够同时满足便捷性、实时性和精度等要求,尤其是在在任标定的很多情况下影像序列间的几何关系很难稳定的恢复相机的参数。因此,优秀的相机标定和定向算法在摄影测量和计算机视觉中非常重要,且一直是研究中的热点问题。本论文回顾了当前摄影测量和计算机视觉所采用的相机标定和定向方法,针对近景摄影测量和计算机视觉需要用到的含有大量线性特征的影像,提出基于直线灭点理论的畸变差改正方法,研究了基于二维直线特征和点特征相结合的相机标定和定向方法,通过对大量数据进行实验和分析,验证了该方法理论和算法的正确性和可行性。
本文涉及的主要研究内容包括:
1. 基于线特征的相机畸变差改正方法。本文提出并论证了一种无需标定场、仅利用影像线特征进行非量测相机畸变差测定的方法。该方法具有一定的实用性,可以满足应用对实时、快捷的需求。在没有高精度标定场的情况下,这种方法为非量测相机畸变差系数的测定和改正提供了一个新的选择。
2. 基于二维直线特征和点特征相结合的相机标定和定向方法。本文利用单张影像的直线特征,通过基于灭点理论的单像建模方法获取相机标定和定向参数的初值,结合应用基于灭点理论计算的畸变差改正数,联合多张影像的少量控制点信息代入自检校光束法平差,最终使得基于线特征的相机标定和定向方法更加稳定、精度得到进一步提高。
3. 对现有的各类标定场进行了总结。本文对三维、二维和一维标定场中应用较为广泛的标定场类型进行了总结,并分析了各种标定场的优缺点。
4. 对多种基于二维、三维高精度标定场的相机畸变差改正方法和标定方法进行了比较,评价了各种标定方法获得的结果对三维量测的影响程度。实验表明,在本文实验条件下论文方法的结果接近于其它基于高精度标定场方法的结果,证明了本文方法的正
确性和可行性。本论文研究的方法特别适用于人工建筑物的三维重建,因为建筑物大多包含该方法
中涉及到的互相垂直方向的平面和直线特征;其操作简单、灵活,并且任务中拍摄的影像可以直接进行标定和定向,节约了人力、物力和财力的投入。
关键词:相机标定,定向,灭点,线特征,平面格网,自检校光束法平差
ABSTRACT
To accurately reflect or make use of observation information, camera calibration, which is to correct distorted images obtained by camera and acquire interior orientation elements, has e an ponent in measurement. And, camera calibration and orientation are prerequisite and basic problems for carrying on photogrammetry puter vision, and lay a solid foundation for all aspects of application in the above fields.
Due to the differences among the size of targets, measurement precision demands, and product types puter vision and photogrammetry especially in close-range photogrammetry field, any calibration and orientation methods can not suit all applications. According to different applications and environments of images, it should apply to different methods. In addition, it is hard to propose a method to meet the demands of convenience, real-time and accuracy at the same time, especially in many cases of calib