一种基于定焦数码相机的旋转全景摄影测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于近景摄影测量领域，特别涉及一种基于定焦数码相机的旋转全景摄影 测量方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在近景摄影测量中，普通数码相机的视场较小，拍摄时需要有大重叠度的多张影 像来覆盖被测物体，另一方面，在测量现场进行近景摄影测量的外业工作时，遇到不能在被 测物上或周围布设足够数量控制点的情况，采用常规近景摄影测量方法不能满足区域网平 差要求，这在很大程度上限制了普通数码相机的近景摄影测量应用范围。因此有必要针对 普通数码相机视场角小和所需控制点数量多、控制点分布受限制的难题，研宄一种新的近 景摄影测量解决方案。
【发明内容】
[0003] 针对【背景技术】存在的问题，本发明提出了：一种基于定焦数码相机的旋转全景摄 影测量方法和装置，设备简单、成本较低，能够解决实际工作中控制点稀少时的摄影测量问 题。
[0004] 本发明提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005] -种基于定焦数码相机的旋转全景摄影测量装置，包括一个高精度旋转云台、一 个机械固定支架、一台定焦数码相机；将定焦数码相机安装在机械固定支架上，所述的机械 固定支架安装在旋转云台上。
[0006] 优选的，所述的旋转云台附有角度控制台。
[0007] -种基于定焦数码相机的旋转全景相机的摄影测量方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1:在全景三维控制场中选择M个摄站，在每一摄站用定焦数码相机拍摄含控 制点的影像，共M张影像；
[0009]步骤2:计算定焦数码相机的内方位元素（f，X(l，％)、畸变参数（1，K2,Pi，P2);
[0010] 提取M张影像上控制点的像点坐标（x，y)，利用已知的控制点像点坐标（x，y)、控 制点在全景三维控制场的物方空间坐标（X，Y，Z)和共线方程式，见公式（1)，采用最小二乘 的平差方法，解求定焦数码相机的内方位元素（f，Xyy(l)、外方位元素（Xs，Ys，Zs，&1，a2,a3,bi ，b2,b3,Cl，c2,c3)、畸变参数％，K2,Pi，P2)，f，x。，％和Ki，K2,Pi，P2的结果作为真值参与后续 计算；
[0011] 公式（1)如下所示：
[0012]
[0013] 式中，（xQ，yQ)为像主点坐标，Ax,Ay为像点畸变差，
[0014]
[0015]式中，I，K2为径向畸变参数，PpP2为偏心畸变参数，r为M张影像上控制点的像 点到像主点的距离，r= (X-X(l)2+(y-y(l)2,f?为定焦数码相机的焦距，Xs，Ys，Zs为投影中心S 在全景三维控制场物方空间坐标系（G-X,Y,Z)中的坐标，a。a2,a3,bpb2,b3,Cpc2,c3为从像 空间坐标系到全景三维控制场物方空间坐标系的旋转矩I
中的元素；
[0016] 步骤3:在全景三维控制场中选择N个摄站，在每一摄站上用旋转全景相机拍摄 360°水平角的全景影像，共N张全景影像；
[0017] 步骤4:计算旋转全景相机的旋转参数（Us，Vs，Ws)和Rs;
[0018] 提取N张全景影像上控制点的像点坐标（Xl，yi);根据步骤2中的（f，X(l，yQ)、 (1，K2,Pi，P2)、全景三维控制场中控制点的像点坐标（Xl，yi)、全景三维控制场中控制点的 物方空间坐标（X，Y，Z)和公式（2)，采用最小二乘的平差方法解求旋转中心在全景三维控 制场物方空间坐标系中的坐标（XmY&ZJ、旋转坐标系在全景三维控制场物方空间坐标系 中的初始角度a〇和旋转全景相机的旋转参数；旋转全景相机的旋转参数包括定焦数码相 机投影中心与旋转中心的偏移量（US，VS，WS)和相对姿态Rs;
[0019] 公式（2)如下所示：
[0020]
[0021] 式中，（xQ，yQ)为像主点坐标，Ax,Ay为像点畸变差，
[0022]
[0023]式中，I，K2为径向畸变参数，Pi，P2为偏心畸变参数，r$N张影像上控制点的像 点到像主点的距离，1'1=〇^-&)2+( 711(|)2彳为定焦数码相机的焦距4'，￥'，2'为全景 三维控制场内控制点的物方空间坐标，（US，VS，WS)为投影中心S在旋转坐标系（〇-U，V，W)中 的坐标，a'i，a' 2，a' 3，b'i，b' 2，b' 3，c' 1>C' 2，c' 3为从像空间坐标系到旋转坐标 系的旋转矩阵
中的元素，（XcY^Zj为旋转坐标系与全景三维控制场物方 空间坐标系的相对位置，a^为旋转坐标系在全景三维控制场物方空间坐标系中的初始角 度；
[0024] 步骤5 :在测量现场布设3个以上的控制点％，Q2,Q3……；
[0025] 步骤6 :在测量现场选择T个摄站，在每一摄站上拍摄含％，Q2,Q3……和待测点的 测量现场的全景影像，共T张全景影像；
[0026] 步骤7 :计算测量现场中旋转全景相机的旋转中心在测量现场物方空间坐标系中 的坐标（X' &Y' &Z'J和旋转坐标系在测量现场物方空间坐标系中的初始角度a'm
[0027] 提取测量现场的T张全景影像中控制点％，Q2,Q3……的像点坐标（x2,y2);根据步 骤2中的（f，X(l，y(l)、（KpK2,PpP2)、步骤4计算得到的景相机的旋转参数Us，Vs，Ws、Rs、控制 点QpQ2, ％......的像点坐标（x2,y2)、控制点在测量现场物方空间坐标系中的坐标（XQ,YQ,ZQ) 和公式（3)，采用最小二乘的平差方法解求旋转全景相机在测量现场的旋转中心坐标 (X' &Y' &Z' 旋转坐标系在测量现场物方空间坐标系中的初始角度a'。；
[0028] 公式（3)如下所示：
[0029]
[0030] 式中，（x2,y2)为像点坐标，（X(l，y(l)为像主点坐标，AX，Ay为像点畸变差，
，I，K2为径向畸变参数， PpP2为偏心畸变参数，r2ST张全景影像中控制点QpQhQy……的像点到像主点的距 离1~2= (X2-X(l)2+(y2-yci)2,f为定焦数码相机的焦距，XP，YP，ZP为测量现场内控制点的物 方空间坐标，（US，VS，WS)为投影中心S在旋转坐标系（〇-U，V，W)中的坐标，pa' 2， 3，b'pb' 2，b' 3，c' 1>C' 2，c' 3为从像空间坐标系到旋转坐标系的旋转矩阵
中的元素，（X' &Y'mZ'J为旋转坐标系与测量现场物方空间坐标系的 相对位置，a' ^为旋转坐标系在测量现场物方空间坐标系的初始角度；
[0031]步骤8:由a'jp旋转角度e= (360/C)°，根据公式⑷计算每张像片的旋转 角度a;
[0032] 公式⑷如下所示：
[0033] a=a，〇+(i-l)0(i=l，2，...，C) (4)
[0034] 其中，C为转动定焦数码相机的次数；
[0035] 步骤9:计算待测点在测量现场物方空间坐标系中的坐标（XA，YA，ZA);
[0036] 提取测量现场的T张全景影像上待测点的像点坐标（x3,y3);利用已知的f，X(l，yQ、 Q，Y'Q，Z'Q)、a和公式（5)，采用最小二乘的平 差方法解求待测点在测量现场物方空间坐标系中的坐标（XA，YA，ZA)。
[0037] 公式（5)如下所示：
[0038]
[0039] 式中，（x3,y3)为像点坐标，（X。，yQ)为像主点坐标，AX，Ay为像点畸变差，
.Ki，K2为径向畸变参 数，Pi，P2为偏心崎变参数，r3々T张全景影像上待测点的像点到像主点的距离，r3 = (X3_X(l)2+(y3_y。)2,f为定焦数码相机的焦距，XA，YA，ZA为待测点在测量现场物方空间坐标系 中的坐标，（Us，Vs，Ws)为投影中心S在旋转坐标系（0-U，V，W)中的坐标，&\，3,b 'i，b' 2，b' 3，c' 1>C' 2，c' 3为从像空间坐标系到旋转坐标系的旋转矩阵
中的元素，（X' &Y' &Z'J为旋转坐标系与测量现场物方空间坐标系的相对位置，a' ^ 为旋转坐标系在测量现场物方空间坐标系的初始角度；
[0040] 步骤10 :结束。
[0041] 进一步的，所述的步骤3中拍摄全景影像的方法为每次旋转定焦数码相机相同的 水平角度0 =(360/C)°拍摄影像，