数字摄影测量相机的畸变测量与纠正李富威

数字摄影测量相机的畸变测量与纠正李富威

李富威

建材桂林地质工程勘察院

摘要：在研究数字相机畸变误差来源和测量原理的基础上，设计出基于光学测角法原理的数字相机畸变测量装置。对目前常用10参数畸变纠正模型进行理论分析，并提出畸变纠正精度评价方法。最后进行了畸变测量和纠正实验。结果表明，畸变纠正精度优于0.002mm，满足相关标准的要求。

关键词：数字摄影测量相机；10参数模型；径向畸变；偏心畸变；像平面畸变

数字摄影测量相机在进行作业时，由于畸变的存在，使像点偏离原有的成像位置，物方的位置关系在像方得不到正确的映射，降低了摄影测量成果的质量和精度。尤其对应用于近景摄影测量和低空大比例尺航测领域的非量型数字相机，其畸变量值更大。因此，必须对数字相机的畸变进行测量和纠正，以确保满足摄影测量作业的精度要求。

数字相机畸变不仅由光学系统畸变和CCD像素排列误差引起，还可能由视频信号的“A/D”转换产生，分别称为光学畸变误差、机械误差和电学误差。光学系统畸变和CCD纵横方向排列的不垂直性、像素的非正方形引起的畸变误差呈现一定的系统性，称为系统畸变。电学因素等引起的畸变误差呈现较强的随机性，称为随机畸变。

目前，数字相机畸变测量方法主要有校准场法和实验室光学测角法。校准场法分为室内校准场法、室外校准场法和飞行校准场法。校准场法在建立在共线方程基础上，数字相机在“无穷远”处对事先标定好的控制点获取满幅校准场图像，通过商业校准软件或自行编写的软件计算获取相机畸变参数。实验室光学测角法基于平行光管和高精度测角转台，获取入射光线角度数据和像点坐标数据，通过畸变平方和最小算法解算畸变参数。本文采用实验室光学测角法。

1畸变测量

1.1测量原理精密测角法

精密测角法光学原理见图１。平行光管模拟无穷远目标，精密测角转台提供入射光线角度基准。驱动转台旋转，使数字相机每隔一定角度对平行光管星点成像，记录像点坐标和转台角度。将相机旋转90°，重复上述测量过程，得到另一坐标轴的测量数据。利用畸变平方和最小的约束条件，根据最小二乘算法计算数字相机内方位元素和畸变。

由以上结果可知，采用本文装置对各型数字相机测量得到的畸变纠正精度优于0.002mm。测绘行业标准CH／T8021－2010《数字航摄仪检定规程》中对数字航摄仪计量校准的要求为：畸变纠正精度优于1/3像元。而数字相机像元尺寸一般大于0.006mm，因此，畸变纠正精度要优于0.002mm。因此，数字相机畸变测量装置的测量精度满足规程要求。

4结束语

针对数字相机畸变测量难题，本文在研究畸变误差来源和畸变测量原理的基础上，设计了基于光学测角法原理的数字相机畸变测量装置，并进行了测量精度分析，分析结果表明该装置测量精度满足相关标准的要求。对10参数畸变纠正模型进行理论分析，提出了畸变纠正精度评价方法。对多种型号的数字相机进行了畸变测量和纠正实验，实验结果表明，本文采用的畸变模型可以纠正大部分畸变，纠正精度满足相关标准要求，为摄影测量成果的质量和精

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