关于数字摄影测量内定向的几个问题
第27卷第2期2004
年4月
测绘与空间地理信息
GEOMATICS&SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGY
Vol.27,No.2Apr.,2004
关于数字摄影测量内定向的几个问题
陈世培,王铁军
(黑龙江地理信息工程院,黑龙江哈尔滨150086)
摘要:分析生产实践中出现问题的原因,对全数字摄影测量系统内定向相关的坐标系、相机参数、正反飞等问题进行了讨
论。
关键词:基础;地理信息;建库;出图
中图分类号:P231.5 文献标识码:A 文章编号:1672-5867(2004)02-0021-03
SomeProblemsinInnerOrientationofPhotogrammetry
CHENShi-pei,WANGTie-jun
(HeilongjiangInstituteofGeomatics,Harbin150086,China)
Abstract:Thereasonsregardingproblemsresultingintheproduction,cameraparametersandflightdirectionsininnerorientationoffulldigitalKeywords:foundation;geo-information;base-;-0 引 言
提出、分析、解决情况介绍给大家,供同仁们商讨。1 问题的提出
19世纪50年代,摄影技术问世并用于测量。航空技术发展起来以后,开始了航空摄影测量,率先刷新了对地面观测的历史,实现了人类脱离地面,从高空勘测地球,利用影像在室内重建地形的3维表面模型,然后在模型上用精密的空间导杆或数字导杆模拟前方交会,把平板测绘和野外勘探调查工作移到室内来做。
随着计算机技术和数字图像处理技术的发展,摄影测量已由30年代模拟摄影测量,到70年代的解析摄影测量,发展到当今的数字摄影测量。在数字摄影测量中,计算机不但能完成大多数摄影测量工作,而且借助模式识别理论,实现目标的自动或半自动识别(如识别框标和识别同名点等)和提取,从而大大地提高了摄影测量的自动化能力。
数字摄影测量技术的普及,尤其是以Virtuo2Zo、JX-4A为代表的国产数字摄影测量系统的大
某加密区部分像对在Virtuozo上测图定向时发生像点漂移,尝试将相机参数中的X0、Y0的符号取反使用,以解决问题。
另一测区有的像对(集中在一条航线上连续的情况居多)在测图时定不起向,试验发现不用手工内定向而直接导入加密成果即可通过,怀疑加密时的内定向有问题,重新采用手工定向的方法加密,测图时自动与手工内定向均可通过。
还有的测区出现定向效果不好、精度不高等问题,虽然结果误差均在限差之内。
在分析解决以上问题时,发现在加密和测图过程中,对于像片坐标系的建立、相机参数的使用、正反飞的确定等有关内定向的环节上可能存在一些问题。为分析解决上述问题,先讨论几个坐标系和内定向的概念。2 几个坐标系统2.1 笛卡尔坐标系
面积推广,为以摄影测量为主要手段的我国测绘业带来了一场革命性变化。集中表现为:作业成本降低、作业效率提高、产品丰富。我们将在生产实践中解决全数字摄影系统遇到的有关内定向问题的
笛卡尔坐标系即平面直角坐标系(或3维立体直角坐标系),这是大家最熟悉的坐标系统。在平
收稿日期:2003-10-21
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2.4 像素坐标系
面直角坐标系中,以水平方向为X轴,以垂直方向为Y轴。测绘界常用的大地坐标系也是以笛卡尔坐标系为基础,但规定东西向为Y轴,南北向为X轴,以正北方向为X轴正方向。如图1所示
。
这里指的是建立在扫描像片上,以像片左下角为原点,向右为X轴正方向,向上为Y轴正方向,每个扫描单元(1个像素)为一个单位。类似于计算机屏幕坐标系,只不过屏幕坐标系以屏幕左上角为原点,向下为Y轴正方向。如图4所示
。
图1 笛卡尔坐标系示意图
Fig.1 SketchofCaratesiancoordinatesystem
2.2 框标坐标系
以框标连线为原点,以飞行方向为X轴正方向
(我国的飞行方向一般均为东西向),按笛卡尔坐标
图4 4system
系原则确定Y轴。如图2所示
。
3,恢复像片与摄影机的相关位置,即建立像片坐标系。
框标和相机参数由航摄鉴定表给出。框标参数的给出有多种形式,大同小异。以4边框标为例(其他形式的框标原理相同),其中最常见的两种
(X0,Y0)和(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,为:L1、L2、
图2
框标坐标系示意图
(X4,Y4)、(X0,Y0),如下图:前一种形式是给Y3)、
Fig.2 Sketchoffiducialmarkcoordinatesystem
2.3 像片坐标系
出框标中线的长度以及像主点在框标坐标系中的坐标,后一种形式是给出4个框标点和像主点在框标坐标系中的坐标。这两种形式在本质上是没有区别的,L1=X3-X1,L2=Y2-Y4,如图5所示。由自动内定向或手工内定向给出4个框标点,加上
(X0、Y0)即建立了像片坐标系
。
相对于上面的框标坐标系而言,以飞行方向为
X轴正方向,以像主点为原点。即将框标坐标系的
原点由(0,0)平移到(X0,Y0),建立新的坐标系即为像片坐标系。如图3所示
。
图3 像片坐标系示意图
Fig.3 Sketchofphotocoordinatesystem
X0、Y0的意义:像主点在框标坐标系中的坐
标,即投影中心在像片平面上的垂直投影,是理论像片坐标系的原点。
图5框标参数示意图
Fig.5 Sketchoffiducialparameters
第2期 陈世培等:
关于数字摄影测量内定向的几个问题4 产生问题的原因4.1 相机主点偏移较大
5 总结
23
根据以上对问题的分析,在数字摄影测量的生产过程中应注意以下几点:5.1 相机参数的形式
相机的X0、Y0较大(X0、Y0小于10个μm可不考虑),假设达到80μm,若用反则产生160μm的误差,再假设摄影比例尺为1∶35000,则在像片平面上产生160μm×35000=5.6m的平移。若X0、
Y0只有20μm,而摄影比例尺为10000,则用反后
相机参数可以由统一形式给出:X1、Y1、X2、
Y2、X3、Y3、X4、Y4,X0=0,Y0=0,即把X0、Y0的
值加到4个框标坐标中,而把X0、Y0置为“0”,这样无论正飞还是反飞,主点偏移都无影响。
如航摄鉴定表上给出:L1=226,L2=226,X0=0.01,Y0=0.01或另一种形式:X1=-113,Y1=0;X2=0,Y2=113;X3=113,Y3=0;X4=0,Y4=-113,X0=0.01,Y0=0.01,我们都按下值给
产生的像点漂移只有40μm×10000=0.4m,所以反映不明显,很可能被当成偶然误差而忽略。如主点偏移在10μm以下,航摄比例尺1∶5000,则造成的像点偏移最多为20μm×5000=0.1m,可不考虑。
同时由以上分析也可看出,航摄比例尺也是一个原因,若航摄比例尺较大,也会减小相机主点偏移的影响。4.2 正反飞错误
出:
X1=-113.01,Y1=0.01;X2=-0.01,Y2
=112.X3=112.=-0.01;X4=-0.01,
Y.0100。
正飞时的像主点改正为(X0、Y0),改正应为(-X0、-Y0),如图6测图时正反飞搞反,差
。
2注意正反飞的正确,注意仪表的位置,框标的次序,全数字摄影测量系统相机参数对话框的内容、相机参数文件,像片、像对信息文件等有关内容。
5.3 手工内定向
无论自动内定向的效果如何,除特殊要求外,全部要做手工内定向。参考文献:
[1] 张祖勋,张剑清.数字摄影测量的发展、思考与对策[J].测绘
软科学研究,1999,(2).
[2] 孙家柄,舒 宁,等.遥感原理、方法和应用[M].北京:测绘出
版社,1997,(6).
图6正反飞示意图
[3] 张剑清,张祖勋.数字摄影测量学[M].武汉:武汉测绘科技大
Fig.6 Sketchofpositiveandnegativedirectionflights
学出版社,1996.
[4] 舒 宁.微波遥感原理[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,
2000,(3).
[5] 潘 励,等.航空影像的模糊增强方法[J].武汉:武汉大学学
4.3 内定向效果不好
数字摄影测量系统都有自动内定向功能,但为把握起见,一般应进行手工内定向。如果内定向效果不好,则建立不了准确的坐标系统。加密工序做一次内定向,建立一套像片坐标系,测图工序再做一次内定向,又建立一套像片坐标系。如果加密和测图分别所做的两次内定向结果不一致,会造成两个坐标系统的不统一,产生像点漂移的现象。
报(信息科学版),1999,(3).
[6] 秦志远.利用遥感影像辅助GIS空间数据获取与更新的研究
及实践[J].北京:测绘学报,1999,(2).
作者简介:
陈世培,(1960-),黑龙江地理信息工程院副院长,高级工程师,现主要从事地理信息产品生产与GIS研究。