常燕敏 秦 軍 劉 晨

(西南交通大學，四川成都 610031)

相機檢校的方法有多種，由于數(shù)碼相機的多樣化以及檢校內容的多樣化，其檢校的設備、作業(yè)流程和規(guī)范并未標準化。出于解求內方位元素和光學畸變的目的，以及檢校環(huán)境的考慮，選擇室內三維控制場檢校方法，而實施相機檢校的前提條件是建立高精度的三維檢校場。

1 檢校場的建立

1.1 檢校場地的選擇

用于普通數(shù)碼相機檢校的三維檢校場地一般應該滿足以下幾個方面的要求:①檢校場地需要有一定的深度，滿足數(shù)碼相機在無窮遠處能獲得滿幅檢校場圖像;②檢校場地有一定的縱深，滿足三維層次的標志點布置;③標志點之間的幾何關系長期或在一定時期內必須穩(wěn)定;④標志點利于經緯儀或全站儀精確測量。綜合考慮以上關于三維檢校場建立的條件，檢校場地選定一棟三層實驗樓，該樓高約25 m，有走廊、墻體、柱子和凹槽，構成了前后4個層次的立體結構。由于在凹槽內粘貼標志困難很大，只能利用走廊、墻體、柱子3個層次。實驗樓內有足夠的光線條件，方便在任何時間獲取試驗所需數(shù)據。墻面為白色，減少了影像噪聲點的影響，能夠在該樓對面50 m左右，以不同的高度、不同的角度進行多角度多方位拍攝。綜上所述，該實驗樓是一個比較理想的相機室內檢校場地。

1.2 控制點標志的選擇

檢校場控制點人工標志類型較多，標志的選擇應有利于精確提取像點坐標，而且方便基于全站儀或經緯儀的測角模式進行前方交會，獲得控制點坐標。經過多次實驗，最終選定圖1標志作為此檢校場的控制點標志。為方便測量控制點標志中心坐標，在標志的中心粘貼帶有十字絲刻劃的反射片，反射片帶有十字絲刻劃線，既可用來測量距離，又可用來瞄準。實驗驗證，粘貼反射片不影響檢校軟件對標志圖像的自動識別和觀測精度［1］。

圖1 控制點標志示意

1.3 控制點標志的制作

影響控制點標志設計的因素很多，主要因素是航攝相機的參數(shù)。該檢校場主要用來檢校Cannon 5D MarkII，使用焦距f=35 mm/50 mm，像元大小 δ=6.4 μm。檢校場控制點在影像上成像大小為6～10個像元時，匹配中心點的精度較高［2］，過大或過小的標志成像均不利于識別、量測，靠人工識別，工作量大，精度低。由縱深一般為50 m及關系式f/h=δ/GSD可得，f=35 mm時采用直徑d=6 cm的標志，f=50 mm時采用d=4 cm的標志，就能滿足成像6～10個像元的要求。考慮到標志要容易固定且長期使用，標志的材料采用不易腐蝕的鋁材，標志的模板為60 mm×60 mm的正方形鋁片，表面刷白色防水漆，四角留有小孔用于固定，中間用黑色的防水漆刷出30 mm×30 mm的黑色正方形，然后在其近似中心粘貼大小為10 mm×10 mm的反光片。黑色與白色形成明顯反差，利于標志圖像的自動識別，反光片保證全站儀準確獲取標志點的物方坐標。

1.4 檢校場的布設

按照控制點不應該分布在一條直線上或接近一個平面內，要在三維方向均勻分布于整個攝區(qū)，且使它們在影像上也盡量滿幅而均勻的原則。把標志點牢固地固定在左右兩側柱子、走廊的墻面及三樓天頂?shù)暮髩γ嫔??？刂泣c的個數(shù)直接影響主距的測定精度，增加控制點個數(shù)可以提高檢校質量［3］，因此該檢校場共布設了77個標志點，標志點橫向間距約為80 cm，豎向間距約為60 cm。在控制場的中間部分進行了標志點加密，豎向間距約為40 cm，以便長焦距窄視場角相機檢校時可拍攝足夠數(shù)量的標志。布設完后的檢校場如圖2所示。

圖2 控制點布設示意

2 檢校場的測量

2.1 坐標系的建立及測量方法

采用自由坐標系，利用后方交會的方法確定2個地面控制點A、B的坐標。為了得到精度評定的目的，需要有多余觀測量，即測量4個點O1、O2、O3、O4的水平角。采用前方交會的方法，利用地面控制點A、B上的兩臺全站儀同時觀測，交會出檢校點Px的平面坐標(如圖3所示)。

圖3 坐標系示意

將兩臺同型號的全站儀分別架于A、B兩地面控制點上，儀器高度大致相同;將銦鋼尺懸掛或貼附在墻壁上，使圓水準氣泡居中;調節(jié)全站儀的豎直微動螺旋，使視線水平，將兩臺全站儀目鏡對準銦鋼尺，讀取尺子上的讀數(shù) HA、HB，則 hAB=HB－HA。假定 HA=H為一常數(shù)，則HB=H+HA。然后，通過三角高程測量，計算出各個標志點PX與地面控制點A、B間的高差，計算出各個標志點PX的高程HP。

2.2 測量設備的要求及觀測限差控制

施測過程需用經過檢校的同型號全站儀2臺，精度要求1″或以上儀器(如徠卡1201);銦鋼尺1根，要求尺上刻度數(shù)字清晰，尺子兩端無磨損。觀測過程中，角度各項的限差按表1、表2控制，測回數(shù)為2，且零方向讀數(shù)按照 δ=180°(i－1)/n配置。

表1 水平角觀測技術要求

表2 豎直角觀測技術要求

2.3 標志點坐標計算及坐標精度

原始數(shù)據通過武漢大學測繪學院研發(fā)的科傻系統(tǒng)(COSA)進行平差，得到如表3、表4結果。

表3 最弱點及其精度

表4 最弱邊及其精度_________________

即:標志點最弱觀測中誤差為mX=0.2 mm，mY=0.8 mm，mZ=0.43 mm，點位中誤差m=0.93 mm。近似認為其平均深度D=50 m，mD=0.8 mm，即h=50 m，mh=0.8 mm，根據內方位元素測定精度要求［4］

f為相機的主距(f=35 mm/50 mm)，mX0、mY0、mf分別為內方位元素的中誤差，計算出內方位元素的中誤差分別為mX0=0.000 2 mm、mY0=0.000 8 mm、mf=0.000 43 mm。不同的攝影測量任務和測區(qū)的環(huán)境對內方位元素的檢校精度要求不同，一般把檢校精度控制在0.001 mm 以上［4］。

3 結束語

高精度檢校場的建設是攝影測量中相機檢校和有關理論研究的重要基礎設施。從項目需求出發(fā)，為了實現(xiàn)數(shù)碼相機應用于攝影測量任務前的檢驗，介紹了一種室內三維檢校場的建立方法，該檢校場的測量方法采用工程測量的前方交會和三角高程原理，結合檢校場的具體使用情況，簡化了測量步驟，具有原理簡單，操作方便的特點。測量結果表明，所建立的室內三維檢校場能夠滿足數(shù)碼相機應用于攝影測量的檢校要求。該檢校場建立方法簡單易行，費用較傳統(tǒng)檢校場大大降低，且易于保養(yǎng)維護，方便數(shù)碼相機影像獲取后的預處理，對非量測數(shù)碼相機在攝影測量中的應用具有重大的推動作用。

［1］王 留召，張建霞，王寶山．航空攝影測量數(shù)碼相機檢校場的建立［J］．河南理工大學學報，2006，25(1):46-49

［2］李 瑞芳，關艷玲，左建章．高精度輕小型航空遙感集成系統(tǒng)室外檢校場建設方案研究［J］．測繪科學，2010，35(6):65-67

［3］苗 紅杰，趙文吉，劉先林．數(shù)碼相機檢校和攝像測量的部分問題探討［J］．首都師范大學學報，2005，26(1):117-120

［4］許 磊，王留召，余潔，王麗．一種新型的數(shù)碼相機室內檢校場的建立方法［J］．北京測繪，2008(2):20-22

［5］袁 修孝，楊芬，趙青．機載POS系統(tǒng)視準軸誤差檢校［J］．武漢大學學報·信息科學版，2006，31(12):1039-1043