[发明专利]一种激光摄影测量系统及相机标定方法

摘要

本发明涉及一种激光摄影测量系统及相机标定方法，包括测量装置和标定装置，测量装置包括底座、支架及计算机；所述支架转动设置在底座上，在支架上设置有相机、激光测距仪和线激光发射器，激光测距仪与线激光发射器位于同一垂线上，在激光测距仪的两侧对称设置两台所述的相机，所述计算机分别与相机、激光测距仪、线激光发射器电连接；标定装置包括三个物方板和均布设置的物方标识点。通过测量装置和标定装置，利物方板和物方标识点，通过相机拍照以及后续编写的相应程序，可以有效实现测量系统相机的精确标定，且该相机标定方法步骤简单，易于操作，为后续的激光摄影测量提供了可靠的基础。

主权项

一种激光摄影测量系统的相机标定方法，所述激光摄影测量系统包括测量装置，所述测量装置包括底座、支架及计算机；所述支架设置在底座上，在支架上设置有相机、激光测距仪和线激光发射器，激光测距仪与线激光发射器位于同一垂线上，在激光测距仪的两侧对称设置两台所述的相机，所述计算机分别与相机、激光测距仪、线激光发射器电连接；所述激光摄影测量系统还包括标定装置，所述标定装置包括物方标识点和三个物方板，三个物方板的外形均为正方形，三个物方板前后依次同轴平行设置且三个物方板的边长依次增大，在每个物方板上设置八个所述的物方标识点，八个物方标识点按如下方式分布：在每条边的中点设置一个物方标识点，在相邻两条边的交点设置一个物方标识点；其特征在于，包括以下步骤，(1)将测量装置放置在标定装置的正前方，建立物方坐标系，并记录各物方标识点在物方坐标系下的物方坐标(Xci，Yci，Zci)(i＝1,2…24)；(2)通过计算机控制相机对三个物方板拍照，得到物方标识点的图像数据，通过计算机内部执行程序识别出图像数据中物方标识点在相机的像坐标系下的实际像坐标(x0i,y0i)(i＝1,2…24)；(3)对每台相机的9个相机参数赋初值，9个相机参数包括相机的线坐标(Xs，Ys，Zs)、角坐标像主点相对于影像中心的位置x0、y0和焦距f，各参数初始化赋值如下：Xs＝(∑Xci)/24，Ys＝(∑Yci)/24，Zs＝(∑Zci)/24；利用相机角坐标的初始值确定旋转矩阵R：(4)根据公式(2)计算各物方标识点(Xi,Yi,Zi)(i＝1,2…24)在像坐标系下的理论像坐标(xi，yi)(i＝1,2…24)，xi-x0=-fa1(Xi-XS)+b1(Yi-YS)+c1(Zi-ZS)a3(Xi-XS)+b3(Yi-YS)+c3(Zi-ZS)yi-y0=-fa2(Xi-XS)+b2(Yi-YS)+c2(Zi-ZS)a3(Xi-XS)+b3(Yi-YS)+c3(Zi-ZS)---(2)]]>然后根据旋转矩阵R、理论像坐标(xi，yi)(i＝1,2…24)和实际像坐标(x0i,y0i)(i＝1,2…24)按照最小二乘法计算得到误差方程式系数矩阵Ai(i＝1,2…24)，并利用物方标识点的实际像坐标(x0i,y0i)(i＝1,2…24)减去理论像坐标值(xi，yi)(i＝1,2…24)构成误差矩阵Li(i＝1,2…24)：Li＝[lx,ly]T＝[x0i–xi，y0i‑yi]T；(5)根据各物方标识点的误差方程式系数矩阵Ai(i＝1,2…24)和误差矩阵Li(i＝1,2…24)分别构造两大矩阵A和L：A＝[A1A2……A24]T，L＝[L1L2……L24]T；然后构造法方程，(6)求解法方程(3)便可从公式右端得到各相机参数的修正量，判断三个角坐标对应的修正量是否都小于规定的阈值Δ，若满足条件则计算结束；若不满足条件，通过解算出来的9个相机参数的修正量修改相机参数值，然后重复步骤(3)～(6)；若迭代解算次数超过20次仍然不满足条件，则说明硬件摄影测量系统有问题。