单CCD四波段多光谱相机的几何标定的研究与实现

论文摘要

利用航空航天遥感影像测绘地形图,或实现遥感影像的地理编码,必须首先已知传感器成像的内方位元素和物镜的光学畸变参数。传感器的内方位元素包括像主点在像平面上的位置和传感器的主距,它们对遥感影像的定位精度有着重要影响,因此,航空遥感数据必须要经过一些处理来消除畸变才能真实地反映地物的几何形状信息和精确定位,而相机技术参数的标定是保证数据成果质量能否满足精度要求的关键。本文首先提出了针对非可见光波段遥感成像仪用于标定的三维检校场建设的设想,并对非可见光波段的成像质量做了研究和实验,提出了基于灰度值的子像素提取控制点中心的算法。本文的主要研究内容是相机的几何标定,利用直接线性变换方法获取内外方位元素初值,然后分别采用单片和多片空间后方交会方法对CCD相机迭代检校出内外方位元素值和畸变参数值,并采用了由物方坐标推得像方坐标以及用像方坐标反推物方坐标的方法来双向验证分析结果的精度。通过对单CCD四波段多光谱相机的标定成果、标定精度的分析,得出了多片空间后方交会要优于单片的结论。本文另一个研究的主要内容是图像的几何校正,阐述了图像几何校正的一般流程,将标定出的内外方位元素和畸变参数去校正标定场图像,有效地消除了扭曲、变形等非线性畸变,通过反复试验的方法得出相机的最佳畸变模型,并结合POS系统所提供的外方位元素对航空影像进行正射校正处理。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国内研究状况
• 1.2.2 国外研究状况
• 1.3 摄影测量与遥感的关系
• 1.4 本文的主要研究内容和章节安排
• 2 摄像机标定的基本理论
• 2.1 相机标定的主要内容
• 2.1.1 内方位元素
• 2.1.2 光学畸变
• 2.1.3 电学误差
• 2.1.4 外方位元素
• 2.2 相机成像模型
• 2.2.1 相机标定中常用的坐标系
• 2.2.2 相机成像模型
• 2.3 三维控制标定场地的研究
• 2.3.1 控制标志的选择
• 2.3.2 控制点标志的精确提取
• 3 基于三维控制场的相机标定
• 3.1 算法总体设计流程
• 3.2 标定前数据的准备
• 3.2.1 数据的整理
• 3.2.2 数据的读取
• 3.3 优化的基于三维标定物的算法
• 3.3.1 DLT 获取内外方位元素初值
• 3.3.2 单片空间后方交会相机标定方法
• 3.3.3 多片空间后方交会相机标定方法
• 3.4 标定结果精度验证与分析
• 3.4.1 单片和多片空间后方交会标定结果分析
• 3.4.2 像点坐标差
• 3.4.3 改进的多片空间前方交会验证
• 4 图像的几何校正
• 4.1 图像几何校正的一般流程
• 4.1.1 校正后影像框架的构建
• 4.1.2 地辅坐标系和图像坐标系之间的转换
• 4.1.3 灰度插值
• 4.2 图像校正实验
• 4.2.1 三维标定场图像的校正
• 4.2.2 机载POS 系统的航空正射影像图制作
• 5 总结与展望
• 5.1 本文完成的工作
• 5.2 需要进一步研究与完成的工作
• 参考文献
• 附录Ⅰ单CCD 四波段成像仪介绍
• 作者简历
• 学位论文数据集
• 详细摘要