[发明专利]球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正方法

说明书

本发明公开了一种球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正模型，实施步骤如下：首先建立球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正模型，即建立鱼眼影像像点、镜头中心和地面点三点之间的关系，并加入畸变模型；然后量测若干对像点坐标和地面点坐标作为控制点，代入球面几何模型求解相机内参和外方位元素；最后基于数字表面模型(Digital Surface Model，DSM)用球面几何模型采用鱼眼逐点纠正方法去除球形畸变和由地面由地形起伏带来的畸变，实现大比例尺鱼眼影像的正射纠正。本发明可以将鱼眼影像通过球面几何模型将鱼眼影像像点、虚拟成像光心和地面点建立数学关系，可实现一步快速将鱼眼影像纠正为正射影像。

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域，特别是涉及一种球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正模型。

背景技术

正射影像在众多领域扮演着重要角色，例如：城市规划发展、灾后重建、城市扩张、资源环境调查等。随着摄影测量技术170多年的快速发展，正射影像纠正纠正技术也日益成熟。但是，现存的正射纠正方法都是处理50°-75°的普通透视镜头获取的影像的，普通的透视镜头获得的影像视野窄、无法获取周围的全部地物。因此，出现了180°鱼眼镜头，然而鱼眼相机成像的原理与普通相机有着本质的不同，传统的摄影测量的正射纠正理论不再适用于鱼眼影像。

目前大多数做正射纠正的专利均是针对普通透视镜头获取的影像的，而针对鱼眼影像的正射纠正的专利仅有2021年公布的“一种鱼眼相机影像正射纠正方法”一件，该专利首次实现鱼眼影像的正射纠正。该方法虽然能实现鱼眼影像的正射纠正，但是该方法实现步骤复杂，即需要将鱼眼影像经过透视变换转到普通影像，再通过共线方程将普通影像纠正成做正射影像两步，容易产生累计误差、纠正的效率低。因此，亟待得到一种能够一步实现鱼眼影像直接纠正成正射影像的方法。

针对上述问题，本发明公开了球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正模型。

发明内容

本发明公开了球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正模型。为了实现上述目的，本发明采用包括如下步骤。

步骤1，建立球面几何单次变换的鱼眼影像快速正射纠正模型，即建立鱼眼影像像点、虚拟成像光心和地面点三点之间的几何关系。

如图2所示，鱼眼影像投影和中心透视影像的投影模型存在一定的差异的，但是均与入射角存在一定的关系的。中心透视投影的投影光线是直线，反射角θ_a'等于入射角θ_A，向径r'与入射角度θ_A存在以下关系：

r'＝ftanθ_A

而鱼眼投影的投影光线不是直线，但是也存在一定的关系，根据鱼眼相机成像的原理，鱼眼影像满足等距投影，即：

r＝fθ_A

如图3所示，地面点A点在相机坐标系o'-x'y'z'中o'x'y'平面上的投影点N，连接椭球面模型几何中心O与地面点A和球面的交于A₁，作垂直于平面o'x'y'的垂线交于a₁，将A₁点投影到像平面上交于点a。A点和a₁点在相机坐标系o'-x'y'z'中的坐标分别表示为(x'_A,y'_A,z'_A)、(x'_a1,y'_a1,z'_a1)。由于a₁、N、O共线，因此N、O和坐标轴形成的三角形与a₁、O和坐标轴形成的三角形相似，则根据相似三角形原理得：

又因为所以得到