0. 7.3 Фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер

0. Фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер выполняется с целью определения значений элементов внутреннего ориентирования съемочных камер, включая параметры фотограмметрической дисторсии объектива съемочной камеры.

Поправки d_x и d_y в координаты измеренных на снимке точек, компенсирующие влияние фотограмметрической дисторсии объектива съемочной камеры, в общем случае описывается различными уравнениями. Наиболее широко используются уравнения

, (7.1)

в которых:

x, y – координаты точек снимка;

k₁, k₂, k₃ – коэффициенты радиальной дисторсии;

p₁, p₂ – коэффициенты тангенциальной дисторсии объектива;

_;

x_o, y_o- координаты главной точки снимка.

Как показал практический опыт фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер, для описания фотограмметрической дисторсии в подавляющем большинстве случаев достаточно ограничиться коэффициентами k₁ и k₂ системы уравнений (7.1) .

Инструментальные и фотографические методы фотограмметрической калибровки съемочных камер, а также методы их калибровки по снимкам звезд подробно рассмотрены в курсе «Аэрокосмические съемки». Поэтому в настоящем курсе рассмотрены только методы фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер по снимкам пространственного и плоского тест-объектов, так как эти методы наиболее широко используются при фотограмметрической калибровке цифровых фотокамер, применяемых при выполнении наземной фотограмметрической съемки.

0. 7.3.1 Калибровка цифровых фотокамер по снимкам пространственного тест-объекта.

В этом методе фотограмметрическая калибровка цифровых фотокамер производится по снимкам пространственного тест-объекта.

Тест-объект представляет собой пространственное поле маркированных точек. Наиболее оптимальным вариантом конструкции пространственного тест-объекта служит тест-объект, представленный на рис.7.9.

Рис.7.9 Пространственный тест-объект.

Этот тест-объект может быть смонтирован в прямоугольном помещении с размерами по оси X и Y от 2.5 до 5 м, а по оси Z от 6 до 10 м.

. Рис 7.10

На дальней от съемочной камеры стене помещения жестко укрепляют маркированные точки, равномерно расположенные по площади. Кроме того, на верхней, нижней и боковых стенах помещения укрепляют ряды маркированных точек в сечениях стен плоскостями параллельными плоскости дальней стены. Максимальное расстояние между маркированными точками тест-объекта вдоль оси Z должно составлять величину от 0.2 до 0.4 расстояния от дальней стены до точки фотографирования. При калибровке длиннофокусных (узкоугольных) съемочных камер это отношение выбирается равным 0.4, а короткофокусных (широкоугольных) – 0.2. Для решения задачи калибровки необходимо располагать точки тест-объекта не менее чем в двух плоскостях. Однако для обеспечения возможности калибровки камер с различными фокусными расстояниями и повышения точности калибровки желательно располагать точки тест-объекта в 3-5 плоскостях.

На нулевом уровне марки располагаются по вертикали 6-7 рядами, в каждом из которых по 8-10 марок.

На первом, втором уровнях и последующих уровнях марки располагаются по периферии по 8-10 марок на каждой стене, на потолке и на полу.

Точки (марки) тест-объекта должны быть выполнены в виде четких геометрических фигур, обеспечивающих максимальную точность наведения измерительной марки цифровой фотограмметрической системы при измерении координат их изображений на снимках в интерактивном и автоматическом режимах.

Координаты точек тест-объекта должны быть определены в местной прямоугольной системе координат, координатная плоскость XY которой должна быть приблизительно параллельна плоскости дальней стены, а ось Z – дополнять систему координат до правой (рис.7.10).

Координаты X и Y точек должны быть определены со средними квадратическими погрешностями, максимально допустимые значения, которых определяются по формуле:

в которой:

Z_min - расстояние по оси Z от точки фотографирования до ближайшей к ней точки тест-объекта;

f – фокусное расстояние съемочной камеры;

∆ - размер пикселя светоприемной матрицы съемочной камеры.

Координаты Z точек должны быть определены со средними квадратическими погрешностями, максимальное значение которых, определяется по формуле:

в которой ∆Z – расстояние вдоль оси Z от дальней стены до ближайшей к съемочной камере точки тест-объекта.

Определение пространственных координат точек тест-объекта целесообразно проводить методом прямой геодезической засечки с помощью электронных техеометров обеспечивающих измерение горизонтальных и вертикальных углов со средними квадратическими погрешностями 3” -5”.

Определение параметров внутреннего ориентирования съемочных камер, т.е. их фотограмметрическая калибровка по снимкам пространственного тест-объекта, основано на совместном решении системы уравнений коллинеарности, составляемых для каждого измеренного на цифровом снимке изображения точки тест-объекта.

Эти уравнения имеют вид:

, ( 7.2)