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[摘 要]四拼宽角数码相机由四个非量测的CCD 面阵相机组合而成，可以增加传感器的成像像幅，提高航空摄影测量的作业效率，但其内方位元素未知、相机畸变差较大。本文采用空间后方交会方法在室外三维检校场对组合相机进行检校，内外方位元素的初始值用DLT 方法解算，提出了一种快速相机检校方法。
[关键词]相机检校；四拼宽角数码相机
中图分类号：P246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0391-01
1 引言
近年来，随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的低空航测技术已显示出其独特的优势，尤其在应急测绘方面有着广阔的前景。低空航测系统目前可用的飞行平台包括固定翼无人机、无人飞艇、无人直升机。其中，基于无人飞艇的小型航测系统其最大优势在于安全、灵活、云下飞行，且无须专用起降场地。为了提高无人飞艇的通用性和适用性，满足城市大比例尺测图需要，用于摄影的传感器不仅应轻小型化，而且要增加传感器的成像像幅，增大像场角，从而增加基高比，提高作业效率和高程测量精度。四拼宽角数码相机由4个非量测的CCD面阵相机拼接组合而成，大大增加了成像像幅，解决了上述问题，但其内方位元素未知，并且存在较大的光学畸变，不能直接用于量測，因此对四拼宽角相机进行高精度检校是进行后续近景摄影测量工作的必要基础。本文采用室外三维实验场检校法。利用实验场已知标志点坐标，采用空间后方交会方法，实现了相机检校参数的高精度解算。
2 四拼宽角数码相机检校原理与方法
四拼相机由以下系统组成：（1）四个子相机（2）相机稳定平台（3）组合相机时差控制系统。它的工作原理是：基于POS系统获取无人飞行器遥感影像外方位元素。所谓的POS系统指的是即利用 GPS获取摄影时的空间位置，利用 IMU获取摄影时的相片姿态角。
本文实验的检校对象为Canon EOS 5D Mark II型号数码相机组合而成的四拼相机，在锁定主距f=35mm，调焦至无穷远的情况下进行检校。四拼相机的检校工作包括以下两个方面：（1）单相机的内方位元素即主点位置（）与主距（f）和畸变参数（）的测定；（2）组合系统相机间的相对外方位元素。
畸变差改正模型为：
其中，x，y为像点坐标；，为像主点坐标，。
本文采用基于多片空间后方交会的相机检校方法，以像点坐标为观测值。在初始检校时，均匀量测少量控制点像方坐标，选取照片的四个角点即可，通过DLT算法求出相机检校初始参数。利用计算出的初始方位元素将标准片上的所有物方控制点依据共线方程投影到待检校影像上，通过动态拟合控制点最小正方形的像方模板与检校影像进行相关系数匹配得到下次DLT解算所需的控制点像方坐标，循环解算，最终得到理想的控制点像方坐标。最后通过子像素匹配算法获取最终检校所需的控制点像方坐标，求得高精度的相机检校参数。直接线性变换算法（DLT）以共线方程为基础，引入畸变差的共线方程为：
由于平差计算过程是一个迭代的过程，故上式写作：
（x），（y）是前一次迭代运算结果的近似值。
由以上几式得到像点坐标的误差方程式：
将，按泰勒级数展开，并对各偏导数编号，未知数分类后，简化得：
其中，，
。
本文首先采用直接线性变换（DLT）方法获取内方位元素（）和外方位元素（）的初始值，再通过上式迭代求解。
直接线性变换（DLT）的数学模型如下所示：
它无需内方位元素值和外方位元素的初始近似值，特别适用于非量测相机所摄影像的摄影测量处理，可以直接解算内外方位元素。
3 检校结果
本文采用的多片空间后方交会是在不同的位置拍摄多张相片，故解算所得的各相片的外方位元素不同，内方位元素和畸变系数相同，因此消除了外方位元素和内方位元素的强相关性，提高了主点位置（，）的检校精度。
组合相机于三维检校场拍摄一组照片，参照标准片人工点取4个角点的标志点像平面坐标，然后利用4个标志点坐标所解算的初始参数在检校片上投影出其他的标志点进而解算出各相机检校参数。
检校成果表如图所示：
4 结论
对于检校结果精度的分析采用像点坐标差验证方法：由检校场控制点的物方坐标和解算出的方位元素、畸变系数，利用共线方程反算其像点坐标（即理论像点坐标），再与实测像点坐标相减，进而得到像点坐标中误差。
四张相片的像点坐标中误差如下表所示：
从上表可以看出四拼相机所拍摄的四张相片的像点坐标中误差都远远小于亚像元级，满足相机检校的精度要求。
参考文献
[1] 冯文灏.数码相机实施摄影测量的几个问题[J].测绘信息与工程，2002，5（3）.
[2] 彭晓东，林宗坚. 无人飞艇低空航测系统[J].测绘科学.2009，34（4）.
[关键词]相机检校；四拼宽角数码相机
中图分类号：P246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0391-01
1 引言
近年来，随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的低空航测技术已显示出其独特的优势，尤其在应急测绘方面有着广阔的前景。低空航测系统目前可用的飞行平台包括固定翼无人机、无人飞艇、无人直升机。其中，基于无人飞艇的小型航测系统其最大优势在于安全、灵活、云下飞行，且无须专用起降场地。为了提高无人飞艇的通用性和适用性，满足城市大比例尺测图需要，用于摄影的传感器不仅应轻小型化，而且要增加传感器的成像像幅，增大像场角，从而增加基高比，提高作业效率和高程测量精度。四拼宽角数码相机由4个非量测的CCD面阵相机拼接组合而成，大大增加了成像像幅，解决了上述问题，但其内方位元素未知，并且存在较大的光学畸变，不能直接用于量測，因此对四拼宽角相机进行高精度检校是进行后续近景摄影测量工作的必要基础。本文采用室外三维实验场检校法。利用实验场已知标志点坐标，采用空间后方交会方法，实现了相机检校参数的高精度解算。
2 四拼宽角数码相机检校原理与方法
四拼相机由以下系统组成：（1）四个子相机（2）相机稳定平台（3）组合相机时差控制系统。它的工作原理是：基于POS系统获取无人飞行器遥感影像外方位元素。所谓的POS系统指的是即利用 GPS获取摄影时的空间位置，利用 IMU获取摄影时的相片姿态角。
本文实验的检校对象为Canon EOS 5D Mark II型号数码相机组合而成的四拼相机，在锁定主距f=35mm，调焦至无穷远的情况下进行检校。四拼相机的检校工作包括以下两个方面：（1）单相机的内方位元素即主点位置（）与主距（f）和畸变参数（）的测定；（2）组合系统相机间的相对外方位元素。
畸变差改正模型为：
其中，x，y为像点坐标；，为像主点坐标，。
本文采用基于多片空间后方交会的相机检校方法，以像点坐标为观测值。在初始检校时，均匀量测少量控制点像方坐标，选取照片的四个角点即可，通过DLT算法求出相机检校初始参数。利用计算出的初始方位元素将标准片上的所有物方控制点依据共线方程投影到待检校影像上，通过动态拟合控制点最小正方形的像方模板与检校影像进行相关系数匹配得到下次DLT解算所需的控制点像方坐标，循环解算，最终得到理想的控制点像方坐标。最后通过子像素匹配算法获取最终检校所需的控制点像方坐标，求得高精度的相机检校参数。直接线性变换算法（DLT）以共线方程为基础，引入畸变差的共线方程为：
由于平差计算过程是一个迭代的过程，故上式写作：
（x），（y）是前一次迭代运算结果的近似值。
由以上几式得到像点坐标的误差方程式：
将，按泰勒级数展开，并对各偏导数编号，未知数分类后，简化得：
其中，，
。
本文首先采用直接线性变换（DLT）方法获取内方位元素（）和外方位元素（）的初始值，再通过上式迭代求解。
直接线性变换（DLT）的数学模型如下所示：
它无需内方位元素值和外方位元素的初始近似值，特别适用于非量测相机所摄影像的摄影测量处理，可以直接解算内外方位元素。
3 检校结果
本文采用的多片空间后方交会是在不同的位置拍摄多张相片，故解算所得的各相片的外方位元素不同，内方位元素和畸变系数相同，因此消除了外方位元素和内方位元素的强相关性，提高了主点位置（，）的检校精度。
组合相机于三维检校场拍摄一组照片，参照标准片人工点取4个角点的标志点像平面坐标，然后利用4个标志点坐标所解算的初始参数在检校片上投影出其他的标志点进而解算出各相机检校参数。
检校成果表如图所示：
4 结论
对于检校结果精度的分析采用像点坐标差验证方法：由检校场控制点的物方坐标和解算出的方位元素、畸变系数，利用共线方程反算其像点坐标（即理论像点坐标），再与实测像点坐标相减，进而得到像点坐标中误差。
四张相片的像点坐标中误差如下表所示：
从上表可以看出四拼相机所拍摄的四张相片的像点坐标中误差都远远小于亚像元级，满足相机检校的精度要求。
参考文献
[1] 冯文灏.数码相机实施摄影测量的几个问题[J].测绘信息与工程，2002，5（3）.
[2] 彭晓东，林宗坚. 无人飞艇低空航测系统[J].测绘科学.2009，34（4）.