專利名稱：內(nèi)方位元素及畸變測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空、航天攝影測量領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用在數(shù)字航攝像機(jī)上的內(nèi)
方位元素及畸變測試儀。
背景技術(shù)：
攝影測量在地形圖編制的應(yīng)用領(lǐng)域中得到了很快發(fā)展，逐步形成了攝影測量技術(shù)系統(tǒng)，同時(shí)也形成了一個(gè)復(fù)雜的攝影測量儀器系統(tǒng)。攝影測量時(shí)借助量測攝影機(jī)遠(yuǎn)距離取地球表面或其它地物的像片，再在攝影測量儀器上量測像片上地物的空間分布。它是測繪地形圖及其它專用用圖的重要手段，是遙感技術(shù)的重要組成部分。
目前攝影相機(jī)一般分為兩種 —是傳統(tǒng)膠片型航攝相機(jī)。成像器件選用感光膠片來記錄影像。首先在感光膠片上形成了一幅潛在的圖像，經(jīng)過顯影和定影便可形成一幅與實(shí)物完全相反的底片，即負(fù)片；最后再經(jīng)過翻拍、顯影和定影便得到一幅與實(shí)物完全相符的圖像，即正片。
二是數(shù)字式航攝相機(jī)。隨著電荷耦合器成像器件(CCD、 CMOS)的發(fā)展，近年來國際上先后研制成功數(shù)字空間攝影測量相機(jī)和數(shù)字航空攝影測量相機(jī)。與傳統(tǒng)的膠片航攝相機(jī)比較，數(shù)字式航攝相機(jī)不同的是將傳統(tǒng)相機(jī)中的成像器件——膠片，改變?yōu)殡姾神詈掀鞒上衿骷鏑CD或CM0S。同時(shí)數(shù)字式航空攝影相機(jī)有著一系列不可比擬的優(yōu)點(diǎn)(1)免去了膠片的顯影、定影處理過程，直接獲得數(shù)字圖像，簡化了事后處理的程序，節(jié)約了成本；(2)除了能獲得地面目標(biāo)的幾何位置數(shù)據(jù)外，還能獲得其多光譜圖像；(3)減少了膠片沖洗掃描帶來的誤差，獲得的數(shù)字地圖的精度更高。因此，數(shù)字航攝相機(jī)將是航空攝影測量的發(fā)展方向，將成為航空攝影測量的主力裝備。 作為航空攝影測量的關(guān)鍵裝備，數(shù)字航攝像機(jī)也需要作定期的標(biāo)定，尤其是內(nèi)方位元素及畸變差的標(biāo)校。不管是傳統(tǒng)膠片型航攝相機(jī)還是數(shù)字式航攝相機(jī)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的具體項(xiàng)目為1、內(nèi)方位元素——主距fk，像主點(diǎn)坐標(biāo)(x。、y。) ；2、畸變差。于是，為了與數(shù)字航攝相機(jī)的推廣使用相配套，必須研究相應(yīng)的標(biāo)定方法，建立標(biāo)定裝置。
對(duì)于傳統(tǒng)膠片型航攝相機(jī)，檢測內(nèi)方位元素和畸變差采用目標(biāo)圖案板測量畸變。測試裝置如圖l所示，其測試方法為為了確定像主點(diǎn)坐標(biāo)位置(x。、y。)，在測試過程中需對(duì)相機(jī)分兩次測量，分別為水平方向與垂直方向測試，而垂直方向測試實(shí)際上是通過將相機(jī)旋轉(zhuǎn)90°后，在水平方向進(jìn)行測試。 現(xiàn)在以水平方向?yàn)槔榻B具體測試方法將網(wǎng)格板安裝于航攝相機(jī)的框標(biāo)平面上，并調(diào)整網(wǎng)格板使其與各個(gè)框標(biāo)重合，用光源照亮網(wǎng)格板；將航攝相機(jī)物方朝向測量望遠(yuǎn)鏡安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，并調(diào)整相機(jī)使其入瞳位于轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心。一邊轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，一邊用測量望遠(yuǎn)鏡觀察標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格板經(jīng)相機(jī)所成的像，并用轉(zhuǎn)臺(tái)記錄每個(gè)像高對(duì)應(yīng)的角度。在水平方向測試完畢后，將相機(jī)旋轉(zhuǎn)90°重新調(diào)整，重復(fù)上面步驟，在水平方向繼續(xù)進(jìn)行觀測。根據(jù)水平、俯仰方向測試數(shù)據(jù)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理公式，計(jì)算被測相機(jī)內(nèi)方位元素、像主點(diǎn)坐標(biāo)及畸變差。
因?yàn)閿?shù)字式航攝相機(jī)用CCD或CMOS探測器取代了傳統(tǒng)的感光膠片，所以以往膠片型航攝相機(jī)成熟的檢定方法和檢定項(xiàng)目將不再適用。而現(xiàn)階段我國數(shù)字式航空攝影相機(jī)的 使用剛剛起步，數(shù)字式航空攝影相機(jī)的標(biāo)定方法還是空白，本儀器就是解決數(shù)字式航空攝 影相機(jī)的標(biāo)定問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，而提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作
方便、精確度高的內(nèi)方位元素及畸變測試儀。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種內(nèi)方位元素及畸變測試儀，包括光
源以及轉(zhuǎn)臺(tái)，其特殊之處在于所述內(nèi)方位元素及畸變測試儀還包括平行光管；所述平行
光管位于光源和轉(zhuǎn)臺(tái)之間，并和光源置于同一光軸之上。 上述轉(zhuǎn)臺(tái)是二維轉(zhuǎn)臺(tái)。 上述二維轉(zhuǎn)臺(tái)是高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)。 上述高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)是采用27位軸角編碼器且分辨率可以達(dá)到0. 01〃的高 精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)。 上述光源是點(diǎn)光源、激光光源或面光源。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1、結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明只需要一個(gè)平行光管、轉(zhuǎn)臺(tái)及光源就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)的標(biāo)定， 大大簡化了原有內(nèi)方位元素及畸變測試儀結(jié)構(gòu)。 2、操作方便。本發(fā)明采用高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)，此轉(zhuǎn)臺(tái)可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制， 實(shí)現(xiàn)精確定位，定位精度優(yōu)于2〃 。本測試儀可在一次固定調(diào)整好被測數(shù)字相機(jī)之后，同時(shí) 測出不同方位、俯仰角下的畸變數(shù)據(jù)，方便了操作人員，省時(shí)省力，大大提供了測量效率。
3、精確度高。本發(fā)明采用的精密轉(zhuǎn)臺(tái)，該精密轉(zhuǎn)臺(tái)精度高、性能穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)精確 定位，轉(zhuǎn)臺(tái)總精度優(yōu)于0.7";圖像處理軟件對(duì)航攝相機(jī)記錄的圖像進(jìn)行直方圖均衡，數(shù)字 濾波，邊緣增強(qiáng)，最佳閾值選擇等算法使圖像去除噪聲，使目標(biāo)更清晰，同時(shí)采用亞像元細(xì) 分技術(shù)，窗口圖像相應(yīng)放大顯示，采用質(zhì)心算法對(duì)星點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)位置進(jìn)行精確判讀可得到 1/10像元的分辨率，測量精確大幅提升。 4、數(shù)據(jù)處理方便快捷。圖像處理軟件可以直接讀取轉(zhuǎn)臺(tái)角度信息及星點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo) 數(shù)據(jù)，最后根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理公式快速準(zhǔn)確的計(jì)算出被測相機(jī)內(nèi)方位元素、像主點(diǎn)坐標(biāo) 及畸變差。 5、實(shí)時(shí)性好、擴(kuò)展功能強(qiáng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，方便多人同時(shí)觀測全部測試過程，同 時(shí)不僅可以對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的畸變進(jìn)行高精度測試，而且可以對(duì)被測系統(tǒng)的焦距，成像質(zhì)量等 進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。


圖1為傳統(tǒng)的膠片型航攝相機(jī)檢測結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖2，本發(fā)明提供了一種內(nèi)方位元素及畸變測試儀，包括光源1以及轉(zhuǎn)臺(tái)3，內(nèi)
4方位元素及畸變測試儀還包括平行光管2 ;平行光管2位于光源1和轉(zhuǎn)臺(tái)3之間，并和光源 l置于同一光軸5之上。 該轉(zhuǎn)臺(tái)3可以是二維轉(zhuǎn)臺(tái)、高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)。該高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)是采用 27位軸角編碼器且分辨率可以達(dá)到0.01"的。且光源1是點(diǎn)光源、激光光源或其它面光源。
本發(fā)明在使用時(shí)，其具體測試方法是在平行光管2焦面處安裝星點(diǎn)目標(biāo)并用光 源1將其照亮，通過平行光管2形成無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，將被測數(shù)字式航攝相機(jī)4固定在二維轉(zhuǎn)臺(tái) 上，并調(diào)整被測數(shù)字式相機(jī)4的安裝位置，使其入瞳位于數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心，調(diào)整平行光管 2位置，使相機(jī)對(duì)準(zhǔn)平行光管2。
測試分2個(gè)步驟
步驟1 :方位方向的測試 使被測數(shù)字式航攝相機(jī)4對(duì)準(zhǔn)平行光管2，將二維轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰角鎖緊，轉(zhuǎn)動(dòng)兩維轉(zhuǎn)臺(tái) 方位角，得到方位方向的標(biāo)準(zhǔn)角度，用數(shù)字式航攝相機(jī)4采集平行光管2像面處星點(diǎn)目標(biāo)的 圖像，通過圖像處理軟件判讀星點(diǎn)像的坐標(biāo)位置，并記錄精密轉(zhuǎn)臺(tái)的角度值。
步驟2 :俯仰方向的測試 使被測數(shù)字式相機(jī)4對(duì)準(zhǔn)平行光管2，將兩維轉(zhuǎn)臺(tái)方位角鎖緊，轉(zhuǎn)動(dòng)兩維轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰 角，得到俯仰方向的標(biāo)準(zhǔn)角度，用數(shù)字式相機(jī)4采集平行光管像面處星點(diǎn)目標(biāo)的圖像，通過 圖像處理軟件判讀星點(diǎn)像的坐標(biāo)位置，并記錄精密轉(zhuǎn)臺(tái)的角度值。 綜合方位、俯仰方向精密轉(zhuǎn)臺(tái)的測試數(shù)據(jù)及星點(diǎn)目標(biāo)的坐標(biāo)，根據(jù)內(nèi)方位元素及 畸變差數(shù)據(jù)處理公式計(jì)算被測相機(jī)內(nèi)方位元素、像主點(diǎn)坐標(biāo)及畸變差。
權(quán)利要求
一種內(nèi)方位元素及畸變測試儀，包括光源以及轉(zhuǎn)臺(tái)，其特征在于所述內(nèi)方位元素及畸變測試儀還包括平行光管；所述平行光管位于光源和轉(zhuǎn)臺(tái)之間，并和光源置于同一光軸之上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)方位元素及畸變測試儀，其特征在于所述轉(zhuǎn)臺(tái)是二維轉(zhuǎn)臺(tái)o
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)方位元素及畸變測試儀，其特征在于所述二維轉(zhuǎn)臺(tái)是高 精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)方位元素及畸變測試儀，其特征在于所述高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)是采用27位軸角編碼器且分辨率可以達(dá)到0. 01〃的高精度數(shù)顯二維轉(zhuǎn)臺(tái)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的內(nèi)方位元素及畸變測試儀，其特征在于所述 光源是點(diǎn)光源、激光光源或面光源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在數(shù)字航攝像機(jī)上的內(nèi)方位元素及畸變測試儀，包括光源以及轉(zhuǎn)臺(tái)，該測試儀還包括平行光管；平行光管位于光源和轉(zhuǎn)臺(tái)之間，并和光源置于同一光軸之上。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、精確度高的內(nèi)方位元素及畸變測試儀。
文檔編號(hào)G01C11/02GK101726316SQ20081023179
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者周艷, 張周鋒, 趙建科 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所