利用标志点定向求解相机外方位元素的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了利用标志点定向求解相机外方位元素的方法和系统，包括：相机在三维标定控制场中三个不同位置拍照，获得至少三张图像；测量得到相机位于三个不同位置时其上的辅助标志点的位置坐标；计算处理装置根据至少三张图像上的同名像点和对应的控制点的坐标对相机标定，得到相机在三个不同位置时的相机参数，利用相机在三个不同位置时标志点的位置坐标和相机在第一位置的相机参数，恢复相机在第二位置和第三位置的相机参数，利用恢复后的相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会得到控制点的坐标，评定交会精度。本发明专利技术可在室内进行相机外方位元素求解和交会精度评估，可用来恢复室外相机的外方位元素并预估交会精度，指导工程实施。

【技术实现步骤摘要】
利用标志点定向求解相机外方位元素的系统和方法
本专利技术涉及摄影测量领域，具体涉及一种利用标志点定向求解相机外方位元素的系统和方法。
技术介绍
相机布设在室外用来进行无人机等飞行物的监视时，需要事先知道相机的位置和姿态等参数，一般可以采用建立室外标定场进行标定恢复相机的位姿的方法，野外布控制点进行标定恢复相机的位姿的方法等，这些方法都用相机拍照，利用摄影测量方法，恢复相机的位置和姿态。在室外小区域内，进行空中目标的定位时，室外的环境相对复杂，并且容易受到干扰和破坏，因此相机不能架设的太低。由于是监视空中飞行的无人机等空中目标，相机必须成仰角安装。在室外建立控制场进行标定恢复相机的位姿的方法，大体上，为了对相机进行精确的标定，控制场在相机中的成像，需要充满整个相机视野。在相机架设高，成仰角的条件下，为了充满整个相机视野，控制场的高度和宽度都会显得异常的大。并且为每一个相机建立一个控制场，并对每个控制场进行控制测量，测量误差增大。野外布控制点进行标定恢复相机的位姿的方法，在相机架设高，成仰角的条件下，同样会面临复杂的问题，且控制点必须布设在空中相机的视野能够看到的地方，布设需要尽可能保证照顾到相机视野的边缘，才可以保证相机标定的精度和质量。综上所述，在通过摄影测量方法进行室外监视飞行物时，如何简单易行的恢复室外在非标定场中的外方位元素，并通过相机摄影测量进行无人机等飞行物的监视时的精度和质量做出合理的预估成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种利用标志点定向求解相机外方位元素的方法及系统，本专利技术方案可预先有效验证相机参数(如外方位元素)标定的精度，之后可应用于室外相机的标定测量，以预估室外安装相机进行交会定位的精度和质量，指导工程的实施。一方面，本专利技术实施例提供一种利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，包括如下步骤：步骤一、采用同一相机在预定的室内三维标定控制场中的三个不同的位置分别对所述三维标定控制场进行拍照，获得至少三张图像；其中，所述至少三张图像包括与控制点对应的同名像点，所述控制点预先设定于所述三维标定控制场内；步骤二、用全站仪分别测量得到所述相机位于所述三个不同的位置时所述相机外壳上的辅助标志点的位置坐标；步骤三、获取并根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的所述控制点的坐标进行所述相机的标定，分别得到所述相机在所述三个不同的位置时的相机参数；其中所述相机参数包含外方位元素；步骤四、将所述三个不同的位置中的第一位置作为检校场检校的相机位置，将所述三个不同的位置中的第二、第三位置看作非三维标定控制场内的相机位置，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时所述辅助标志点的位置坐标和所述相机在第一位置的相机参数，恢复所述相机在第二位置和第三位置的相机参数，利用恢复后的所述相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会，得到所述控制点的位置坐标。在一个实施例中，所述步骤一中，同一相机在所述三个不同的位置对三维标定控制场进行拍照时，每个位置处拍摄的照片均不少于1张。在一个实施例中，所述步骤三中获取并根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的所述控制点的坐标进行所述相机的标定，具体为：根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的控制点的坐标，利用三维DLT-光束法平差进行所述相机的标定。在一个实施例中，所述步骤四中，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时所述辅助标志点的位置坐标和所述相机在第一位置的相机参数，恢复所述相机在第二位置和第三位置的相机参数，具体为：计算在所述第一位置时所述相机外壳上的辅助标志点与在所述第二位置时所述相机外壳上的辅助标志点的坐标之间的第一变换参数，利用所述第一变换参数和所述相机在所述第一位置的外方位元素，求得所述相机在第二位置的外方位元素；计算在所述第一位置时所述相机外壳上的辅助标志点与在所述第三位置时所述相机外壳上的辅助标志点的坐标之间的第二变换参数，利用所述第二变换参数和所述相机在所述第一位置的外方位元素，求得所述相机在第三位置的外方位元素。在一个实施例中，所述步骤四中，利用恢复后的所述相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会，得到所述控制点的位置坐标，具体包括：根据所述相机在第二位置的外方位元素、所述相机在第三位置的外方位元素和所述步骤三中得到的同名像点的坐标和第一位置处的相机参数，交会得到所述控制点的交会位置，将所述控制点的交会位置坐标与已知的所述控制点坐标比较，判断精度误差；其中所述第一位置处的相机参数为内方位元素和畸变系数。另一方面，本专利技术实施例提供一种利用标志点定向求解相机外方位元素的系统，包括：相机，用于在预定的室内三维标定控制场中的三个不同的位置分别对所述三维标定控制场进行拍照，获得至少三张图像；其中，所述至少三张图像包括与控制点对应的同名像点，所述控制点预先设定于所述三维标定控制场内；全站仪，用于分别测量得到所述相机位于所述三个不同的位置时所述相机外壳上的辅助标志点的位置坐标；以及计算处理装置，与所述相机、全站仪连接，用于获取并根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的所述控制点的坐标进行所述相机的标定，分别得到所述相机在所述三个不同的位置时的相机参数；其中所述相机参数包含外方位元素；之后将所述三个不同的位置中的第一位置作为检校场检校的相机位置，将所述三个不同的位置中的第二、第三位置看作非三维标定控制场内的相机位置，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时所述辅助标志点的位置坐标和所述相机在第一位置的相机参数，恢复所述相机在第二位置和第三位置的相机参数，利用恢复后的所述相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会，得到所述控制点的位置坐标。在一个实施例中，所述相机在所述三个不同的位置对三维标定控制场进行拍照时，每个位置处拍摄的照片均不少于1张。在一个实施例中，所述计算处理装置具体用于根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的控制点的坐标，利用三维DLT-光束法平差进行所述相机的标定。在一个实施例中，所述计算处理装置具体包括：第一计算处理子单元，用于计算在所述第一位置时所述相机外壳上的辅助标志点与在所述第二位置时所述相机外壳上的辅助标志点的坐标之间的第一变换参数，利用所述第一变换参数和所述相机在所述第一位置的外方位元素，求得所述相机在第二位置的外方位元素；第二计算处理子单元，用于计算在所述第一位置时所述相机外壳上的辅助标志点与在所述第三位置时所述相机外壳上的辅助标志点的坐标之间的第二变换参数，利用所述第二变换参数和所述相机在所述第一位置的外方位元素，求得所述相机在第三位置的外方位元素。所述计算处理装置还包括：第三计算处理子单元，用于根据所述相机在第二位置的外方位元素、所述相机在第三位置的外方位元素和所述计算处理装置得到的同名像点的坐标和第一位置处的相机参数，交会得到所述控制点的交会位置，将所述控制点的交会位置坐标与已知的所述控制点坐标比较，判断精度误差；其中所述第一位置处的相机参数为内方位元素和畸变系数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在室内三维标定控制场进行标定得到相机的相机参数，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用同一相机在预定的室内三维标定控制场中的三个不同的位置分别对所述三维标定控制场进行拍照，获得至少三张图像；其中，所述至少三张图像包括与控制点对应的同名像点，所述控制点预先设定于所述三维标定控制场内；步骤二、用全站仪分别测量得到所述相机位于所述三个不同的位置时所述相机外壳上的辅助标志点的位置坐标；步骤三、获取并根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的所述控制点的坐标进行所述相机的标定，分别得到所述相机在所述三个不同的位置时的相机参数；其中所述相机参数包含外方位元素；步骤四、将所述三个不同的位置中的第一位置作为检校场检校的相机位置，将所述三个不同的位置中的第二、第三位置看作非三维标定控制场内的相机位置，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时所述辅助标志点的位置坐标和所述相机在第一位置的相机参数，恢复所述相机在第二位置和第三位置的相机参数，利用恢复后的所述相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会，得到所述控制点的位置坐标。

【技术特征摘要】
1.一种利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用同一相机在预定的室内三维标定控制场中的三个不同的位置分别对所述三维标定控制场进行拍照，获得至少三张图像；其中，所述至少三张图像包括与控制点对应的同名像点，所述控制点预先设定于所述三维标定控制场内；步骤二、用全站仪分别测量得到所述相机位于所述三个不同的位置时所述相机外壳上的辅助标志点的位置坐标；步骤三、获取并根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的所述控制点的坐标进行所述相机的标定，分别得到所述相机在所述三个不同的位置时的相机参数；其中所述相机参数包含外方位元素；步骤四、将所述三个不同的位置中的第一位置作为检校场检校的相机位置，将所述三个不同的位置中的第二、第三位置看作非三维标定控制场内的相机位置，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时所述辅助标志点的位置坐标和所述相机在第一位置的相机参数，恢复所述相机在第二位置和第三位置的相机参数，利用恢复后的所述相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会，得到所述控制点的位置坐标。2.根据权利要求1所述的利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，其特征在于，所述步骤一中，同一相机在所述三个不同的位置对三维标定控制场进行拍照时，每个位置处拍摄的照片均不少于1张。3.根据权利要求1或2所述的利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，其特征在于，所述步骤三中获取并根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的所述控制点的坐标进行所述相机的标定，具体为：根据所述至少三张图像上的同名像点和对应的控制点的坐标,利用三维DLT-光束法平差进行所述相机的标定。4.根据权利要求3所述的利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，其特征在于，所述步骤四中，利用所述全站仪分别测量到的所述相机在所述三个不同的位置时所述辅助标志点的位置坐标和所述相机在第一位置的相机参数，恢复所述相机在第二位置和第三位置的相机参数，具体为:计算在所述第一位置时所述相机外壳上的辅助标志点与在所述第二位置时所述相机外壳上的辅助标志点的坐标之间的第一变换参数，利用所述第一变换参数和所述相机在所述第一位置的外方位元素，求得所述相机在第二位置的外方位元素；计算在所述第一位置时所述相机外壳上的辅助标志点与在所述第三位置时所述相机外壳上的辅助标志点的坐标之间的第二变换参数，利用所述第二变换参数和所述相机在所述第一位置的外方位元素，求得所述相机在第三位置的外方位元素。5.根据权利要求4所述的利用标志点定向求解相机外方位元素的方法，其特征在于，所述步骤四中，利用恢复后的所述相机在第二位置和第三位置的相机参数进行前方交会，得到所述控制点的位置坐标，具体包括：根据所述相机在第二位置的外方位元素、所述相机在第三位置的外方位元素和所述步骤三中得到的同名像点的坐标和第一位置处的相机参数，交会得到所述控制点的交会位置,...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑顺义，王晓南，李欣，朱锋博，朱中尉，
申请(专利权)人：南京中观软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32