测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时,需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时,首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态,然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵,得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义,根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系,利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法,多次测量结果表明,最大标定误差为1.011 6",优于2"(1σ),满足立体测绘精度的要求。     

太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定方法.该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定;然后,利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定;最后,以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系.实验结果表明,两坐标系转换矩阵的标定精度优于4"(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求.该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值.     

太阳敏感器测量坐标系与立方镜转换矩阵的标定（重投）

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵标定的方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台,对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定。然后利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定,最后以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明两坐标系转换矩阵的标定精度优于4(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。     

圆心不对称投影修正的相机标定

采用圆心作控制点的相机标定方法需要修正由不对称投影引起的投影误差,以提高标定精度.本文根据成像模型推导了基于直接线性变换法的投影误差计算公式.提出了先估计投影变换矩阵,直接用其元素计算空间圆在图像平面上的投影,对圆心的图像坐标进行修正后,再次计算投影变换矩阵.该方法无需矩阵分解,避免了不同坐标系的转换.模拟实验结果证明了投影误差计算公式的正确性.实际实验表明,在相机分辨率为780 pixel×582 pixel,空间圆半径为20 mm时,修正误差后的标定误差为0.19 pixel,优于未修正时的误差0.20 pixel,结果表明该方法可行有效.     

机器视觉中相机标定方法的研究

介绍了相机标定的基础知识,按照标定流程对标定种类进行划分,相机标定方法有两步、三步以及四步标定方法等。详细探究相机标定按照自标定、基于主动视觉和基于标定物品三类标定划分办法。     

利用圆心不对称投影精确标定工业相机

工业相机常采用基于圆形控制点的方法进行标定,但该方法存在不对称投影问题,极易产生标定误差。为了避免引入不对称投影误差并能以迭代方式修正这一误差,本文提出了一种利用圆心不对称投影所蕴含信息的相机标定方法。首先,推导了平面模板上的圆形控制点投影成为椭圆之后的理论坐标;然后,提取每一幅标定板图像中实际椭圆的中心坐标,通过最小二乘算法求得该幅图像对应的精确投影变换矩阵;最后,利用所有的投影变换矩阵求出相机内参数。实验结果表明:采用本文提出的标定方法,标定结果的重投影误差降到了1/50pixel。该方法可一次完成标定,计算简单,标定精度高,适用于工业相机的标定。     

视觉测量中的相机标定方法进展研究

相机标定技术是三维信息提取的关键步骤之一,从不同的模型出发有不同的标定方法.对现有的各种相机定标方法进行了总结、分析和比较,提出今后有待进一步研究的方向.     

测绘相机光学镜简设计、加工及装配

研究了光学镜筒的设计、加工和装配.从材料选取、结构形式确定和性能分析等方面论述了测绘相机光学镜筒的设计过程,探讨了透镜支撑结构-薄壁壳体的加工方法.最后,介绍了单镜组和主镜筒的装配过程.通过比较,选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,运用PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒的分析表明其结构强度和刚度很好,可满足相机结构要求.薄壁壳体通过精密铸造,再经过车削而成,各定位阶梯内圆柱面同轴度达到0.01mm.镜简装配要点是无变形安装固定透镜、精确控制空气间隔和高精度定心.装配完成的镜头光学传递函数达到0.43(77lp/mm),满足测绘相机精度要求.     

借助于星点标定相机的内方位元素

为满足单个或一批次测绘相机的标定,提出了一种利用已知坐标值的星点对测绘相机进行标定的方法。介绍了该方法的原理以及计算步骤,给出了实验过程。该方法建立在小孔成像的基础上,通过各个坐标系的相互转换,建立起星点坐标和像素坐标之间的联系,以此求解相机内方位元素。与基于平行光管和精密转台的精密测角法相比,该方法不需要昂贵的实验设备,且简化了标定步骤。最后,对标定精度进行了分析,讨论了噪声扰动和已知内方位元素误差对标定结果的影响。分析结果表明,采用该标定方法,相机的主点精度优于3μm(1/3pixel),主距精度优于7μm(小于1pix-el),满足标定精度要求。     

一种结合 TCP 标定的深度相机手眼标定方法

手眼标定是机器人实现视觉引导下精准作业中的关键技术。传统手眼标定和机器人工具中心点(TCP)标定分开进行,存在较大累积误差,同时针对深度相机的手眼标定存在精度不足的缺点。本文提出了一种结合TCP标定过程同步标定深度相机手眼关系的新方法。方法基于深度相机观测和TCP标定相同的标定平面,相机坐标系下标定平面方程和机械臂坐标系下标定平面方程为对应关系,通过平面方程之间的变换来计算手眼关系。本文方法减少了TCP和手眼关系独立标定累积误差影响,节约标定时间和标定件成本。仿真和实测结果表明,本文方法提高了深度相机手眼标定精度,标定后实测位置误差平均为0.2 mm,为机器人视觉控制系统高精度作业所需标定提供了一种新的思路。     

检校场标定长焦航测相机参数

为实现长焦航测相机内参数及畸变参数标定,提出利用室外检校场对相机进行标定的方法。介绍了该方法由初值到精确值的两步法的求解步骤、计算过程及实验过程。首先通过给定已知特征点位置信息以及不同角度不同位置下拍摄的影像,通过特征点提取及匹配,根据像点坐标与世界坐标的线性对应关系,基于直接线性变换算法建立约束方程求取相机参数初值,进而通过混合LMQN(Levenberg-Marquardt与Qusai-Newton)迭代优化加速求解精确值。与精密测角法比无需精密设备的操作及记录,只需不同位置不同姿态拍摄多张包含精确位置信息的检校场影像即可。最后进行标定实验并对结果分析,基于检校场的标定方法在参数解算中特征点最大投影误差为2.471pixel,标定参数主点精度为9.7μm(2pixel),主距精度为4.3μm(1pixel),解算相机拍摄位置精度0.035m,满足测绘应用的精度需求。     

测绘一号卫星相机的光谱和辐射定标

对测绘一号卫星相机的各个光谱通道进行了光谱定标和辐射定标以验证其光谱辐射性能是否达到设计指标要求。进行光谱定标时,利用单色仪分光谱扫描波长提供准直单色辐射照明,同时同步采集定标图像数据;然后将图像灰度值与已经过校准的参考标准探测器的输出进行比对和数据处理,得到相机各个谱段的相对光谱响应函数曲线,从而进一步获得各项光谱特性参量。辐射定标时,采用近距离面源法充满相机的孔径和视场进行端对端的绝对和相对辐射定标。星上内定标则采用经老炼和筛选过的发光二极管(LED)作为星上定标光源,对焦平面阵列探测器及其成像电路的状态和辐射响应性能变化进行在轨监测,在必要的情况下予以校正。定标结果显示:测绘一号卫星相机的各项光谱和辐射性能均达到了设计指标要求,经过相对辐射校正后响应非均匀性由1.93%下降到0.22%,相机全色谱段信噪比超过90倍,多光谱各通道信噪比优于180倍;发射后在轨星上内定标数据与发射前实验室测试结果的比对显示相机的辐射响应性能未发生明显变化,暂时无须校正。     

GPS双目摄像机标定及空间坐标重建

为减轻双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖,实现摄像机参数的精确标定,并对空间坐标进行高精度重建,提出一种GPS双目摄像机标定及空间坐标重建方法,采用GPS代替2D或3D靶标进行双目摄像机标定。将GPS的位置在视场中任意移动,由被标摄像机拍摄多组含有GPS的图像,利用空间三维坐标与图像二维坐标间的映射关系,结合摄像机成像模型和双目摄像机标定原理,标定出双目摄像机参数,并对空间坐标进行精确重建。通过空间重建坐标与GPS实际测量值之间的相对距离误差,对重建精度进行检验。实验证明,该方法能够克服双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖,空间重建坐标具有较高的精度,相对距离误差从1.56%减小到0.52%。     

三线阵立体测绘相机光学系统设计

三线阵立体相机的光学系统决定了相机的外形尺寸和布局,保证相机的小型化、轻量化及稳定性是十分必要的,针对光学系统设计的指标要求,分析、比较了各种光学系统结构型式,设计了满足测绘要求的像方远心光学系统。设计的光学系统成像质量好,在Nyquist频率77lp/mm时,正视相机全视场的平均传递函数为0.613;前、后视相机全视场的平均传递函数为0.578。装调完成后对光学系统成像质量进行了检测,各相机光学系统传递函数的测试值均在0.451以上,满足对测绘质量的要求。     

大面阵彩色CCD航测相机的辐射定标

以大面阵彩色CCD航测相机为研究对象,分析其成像过程,提出了影响相机辐射响应特性的各个因素,并以此为基础,建立了辐射响应特性模型.分别在暗场和使用积分球的条件下进行了辐射响应标定实验,通过组合更改输入辐亮度、曝光时间和CCD增益等因素对相机的辐射响应特性进行测量和分析.结果表明,相机R、G、B颜色通道随输入辐亮度变化的辐射响应特性并不相同,但在工作谱段范围内均呈线性变化趋势.采用最小二乘法对辐射标定数据进行拟合,一次多项式拟合结果的决定系数R2值均可达到0.999以上.当输入辐亮度不变时,相机输出图像灰度值随曝光时间或CCD增益的变化星线性变化趋势,从而为其它工作条件下辐射响应特性曲线的推演奠定了理论基础.将相机辐射响应标定结果应用于相机调光功能,成像结果表明,获得的图像亮度适中,图像平均灰度值满足调光要求.     

野外大视场单相机空间坐标测量系统的快速标定

针对靶场现场监测范围大,相机焦距不固定,相机空间位置及角度各不相同的情况,为实现对弹落点空间坐标位置的高精度自动测量,提出了一种在野外大视场环境下使用的基于单相机空间坐标测量系统的快速标定方法。首先,在小孔成像模型的基础上,通过GPS测量获得视场内两个标定点及相机在大地坐标系中的坐标;然后读取标定点的像素坐标,根据对角相等及最小二乘法实现焦距与旋转矩阵的分步标定;最后在保证标定精度前提下,略去主点的标定过程,确定相机主点为理想主点位置。实验结果表明,在测试距离1km以外,对视场宽度为200m的区域进行监测时,校验点相对定位误差低于0.25%。该相机标定方法不需要高精度靶标,操作简单,适用于野外大视场环境下单相机空间坐标测量系统的快速标定。