[发明专利]一种基于小基线条件下的相机双目摄影测量方法

权利要求书

1.一种基于小基线条件下的大畸变广角相机双目摄影测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1：基于预设室内高精度检校场标定双目相机之间的相对位置关系和内参系数，其中，内参系数包括畸变系数；

步骤S2：采用检校得到广角相机的畸变系数对双目相机进行实时校正，获得畸变校正后的双目影像；

步骤S3：基于对极几何理论缩小匹配区域，然后在缩小后的匹配区域中进行SIFT特征匹配和Ransac滤波，得到畸变校正后的双目影像匹配同名点对；在对极几何约束的区域内通过SIFT特征匹配算法在尺度空间内高斯核建立高斯金字塔；并基于高斯金字塔构建高斯差分金字塔：DOG金字塔；在DOG金字塔内进行极值检测，检测得到同名特征点的位置；

步骤S4：根据POS系统与双目相机之间的安装位置关系、POS系统测量得到的姿态信息、双目相机之间的相对位置关系以及同名特征点的位置，计算得到双目影像匹配同名点的光线方向，然后根据双目影像匹配同名点的光线方向利用同步和异步测量两种方式进行前方交会运算，得到地物的位置信息；

其中，步骤S4具体包括：

步骤S4.1：利用POS系统得到的位置信息、POS系统与双目相机之间的安装位置关系确定相机的位置；

步骤S4.2：利用POS系统得到的位置信息、标定得到的双目相机之间的相对位置关系以及同名特征点的位置，计算同名点的光线方向；

步骤S4.3：根据同名点的光线方向利用同步和异步测量两种方式进行前方交会运算，得到地物的位置信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

步骤S1.1：使光电吊舱对着检校场左中右分别拍摄一段视频，从而得到六个视频，左相机和右相机分别对应3个视频；

步骤S1.2：对拍摄的视频截图后进行检校，手动选择预设数量的已知大地坐标的控制点作为计算条件，使用摄影测量中DLT直接线性变换计算姿态的初值；

步骤S1.3：基于姿态的初值使用后方交会进行最小二乘平差，迭代剔除粗差点，得到六张相片拍摄瞬间的姿态以及相机的内参系数；

步骤S1.4：根据六张相片拍摄瞬间的姿态获得双目相机之间的相对位置关系。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1.3中姿态以及相机的内参系数的公式为：

（1）

其中，中，为相机的焦距、为像主点、为畸变系数；中，为相机的相对位置，为相机的姿态。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1.3具体包括：

步骤S1.3.1：利用共线方程的原理，计算物方空间坐标与像空间坐标之间的转换关系，根据转换关系得到点的物方坐标与影像坐标之间的比例关系：

（2）

其中，表示地物点的物方空间坐标，表示像点的像空间坐标，当入射光线为90度时，其对应的像点与影像主点间的距离为R，当入射光线为时，其对应像点与影像主点间的距离为r，R与r之间比例关系为：

其中（3）

步骤S1.3.2：根据物方空间坐标与像空间坐标之间的转换关系以及不同光线的入射角度对应的像点与影像主点间的距离之间关系，得到广角相机标定的统一模型：

其中，

s1，s2表示图像坐标系与相机坐标系之间的转换系数，r表示入射光线为时，其对应像点与影像主点间的距离，表示像点距离影像主点中心的距离；

步骤S1.3.3：根据广角相机标定的统一模型，利用最小二乘方法对待求参数进行迭代求解，获得姿态以及相机的内参系数。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：采用广角相机标定的统一模型中的畸变系数对双目相机进行实时校正，获得畸变校正后的双目影像，其中，畸变校正公式如下：

其中，、分别表示x方向和y方向的畸变校正量，为像素点距离像主点的距离其与入射角度的关系为：

表示像点距离影像主点中心的距离。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，在缩小后的匹配区域中进行SIFT特征匹配和Ransac滤波，得到畸变校正后的双目影像匹配同名点对，包括：

将原始影像纠正成核线影像，获得双目影像匹配同名点对，其中，原始影像为物方空间点到原始像空间的投影，核线影像为物方空间点到基线坐标系的投影，原始影像空间转换到物空间的关系为：

其中，表示物空间的坐标，表示原始影像空间坐标，表示像空间到物空间的转换矩阵；

物空间转换到核线影像空间的关系为：

其中，表示核线影像空间的坐标，表示物体空间到基线坐标系的转换矩阵；

原始影像到核线影像的转换关系为：

表示表示像空间到基线坐标系的转换矩阵；

反过来，核线影像到原始影像的关系为：

其中，表示表示核线影像空间坐标。