發(fā)布時(shí)間：2020-02-22 12:00

【摘要】：對傳統(tǒng)的5點(diǎn)法相對定向算法的共面誤差計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn),提出了一種適合球面全景成像特點(diǎn)的相對定向計(jì)算流程。與傳統(tǒng)方法相同,該算法首先計(jì)算本質(zhì)矩陣,然后對本質(zhì)矩陣進(jìn)行奇異值分解得到旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量的候選解,最后利用重建的物方三維點(diǎn)坐標(biāo)排除錯誤解。本文的貢獻(xiàn)在于推導(dǎo)了球面全景共面條件公式,并使用點(diǎn)到核線平面的球面距離作為球面全景共面條件的誤差項(xiàng)。模擬數(shù)據(jù)試驗(yàn)顯示:當(dāng)圖像特征點(diǎn)的隨機(jī)噪聲在[-0.5,0.5]像素范圍內(nèi)時(shí),3個(gè)姿態(tài)角的中誤差約為0.1°,由相對定向恢復(fù)的相對平移量與模擬值的夾角中誤差約為1.5°。使用車載全景相機(jī)配合POS獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果顯示:橫滾角和俯仰角的中誤差可以達(dá)到0.2°以內(nèi),航向角的中誤差可以達(dá)到0.4°以內(nèi),由相對定向恢復(fù)的相對平移量與POS平移量的夾角中誤差可以達(dá)到2°以內(nèi)。采用本文相對定向算法的結(jié)果生成球面全景核線影像,提取影像之間同名點(diǎn)坐標(biāo)并計(jì)算其列方向誤差,結(jié)果顯示核線影像同名點(diǎn)列坐標(biāo)差的中誤差在1個(gè)像素以內(nèi)。
【圖文】：

第１１期謝東海，等：球面全景影像相對定向與精度驗(yàn)證關(guān)鍵詞：球面全景影像；相對定向；核線；本質(zhì)矩陣；奇異值分解中圖分類號：Ｐ２３７文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：１００１－１５９５（２０１７）１１－１８２２－０８基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（４１３７１４３４）車載球面全景影像能夠采集來自每個(gè)方向的光線信息，并且以二維圖像的方式保存起來，獲得３６０°×１８０°全視場的視覺信息。配合高精度的ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）和ＩＭＵ（ｉｎｅｒｔｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｎｉｔ），能夠獲取帶有精確位置和姿態(tài)信息的高分辨率全景影像，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地理信息采集、街景地圖制作、安防監(jiān)控、交通等領(lǐng)域。比如著名的Ｇｏｏｇｌｅ街景在不同地點(diǎn)采集球面全景影像，并放置在地圖對應(yīng)的位置，用戶可以很方便地從一個(gè)全景場景過渡到另外一個(gè)全景場景進(jìn)行室外瀏覽。根據(jù)采集相機(jī)和處理方式的不同，球面全景影像的獲取方法也不同。一種方法是利用魚眼鏡頭來獲取大視場圖像，然后利用商業(yè)拼接軟件（如ＰＴＧｕｉ）來得到球面全景影像，這種方式將采集與處理分開，處理效率較低。在要求連續(xù)、高精度和快速拼接全景的場合，往往采用集成化的商業(yè)全景視覺系統(tǒng)，如加拿大ＰｏｉｎｔＧｒｅｙ公司生產(chǎn)的Ｌａｄｙｂｕｇ。該系統(tǒng)包含６個(gè)相機(jī)（５個(gè)相機(jī)水平放置，１個(gè)垂直向上拍攝），可以獲得水平方向３６０°，豎直方向接近１８０°視場的影像信息。Ｌａｄｙｂｕｇ能夠?qū)崟r(shí)完成影像采集、處理、拼接和校正等工作。針對全景影像的研究目前大部分集中于全景構(gòu)象方程［１－２］、全景相機(jī)標(biāo)定［３］與拼接以

ｒｉｘ）。當(dāng)內(nèi)方位元素已知時(shí)，圖像坐標(biāo)與本質(zhì)矩陣的聯(lián)系可以用式（３）來描述［１９］ｑ′ＴＫ－Ｔ２［Ｔ］×ＲＫ－１１ｑ＝０（３）Ｅ＝［Ｔ］×Ｒ（４）式中，Ｅ就是本質(zhì)矩陣，代表了著名的核線約束；［Ｔ］×為反對稱矩陣（ｓｋｅｗｓｙｍｍｅｔｒｉｃｍａｔｒｉｘ）；Ｒ為旋轉(zhuǎn)矩陣。式（３）中，ｑ、ｑ′為第１張和第２張相片的影像齊次坐標(biāo)，，第１張相片的投影中心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。Ｋ１、Ｋ２為內(nèi)方位元素矩陣。圖２為５點(diǎn)法相對定向算法的流程，算法假設(shè)內(nèi)方位元素已知�；谄ヅ浣Y(jié)果，并結(jié)合ＲＡＮＳＡＣ方法可以得到誤差最小的本質(zhì)矩陣。然后對本質(zhì)矩陣進(jìn)行奇異值分解來得到相對定向的結(jié)果，即Ｒ與Ｔ的值。最后利用重建的三維點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)際成像時(shí)目標(biāo)位于相機(jī)前方的事實(shí)來排除錯誤的相對定向結(jié)果。圖２平面透視投影５點(diǎn)法相對定向流程Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅ５－ｐｏｉｎｔｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ３球面全景相對定向球面全景的成像方式雖然與傳統(tǒng)的透視投影成像不同，但是共面條件依然成立，還是可以用本質(zhì)矩陣來表達(dá)。與傳統(tǒng)的平面透視投影相比，由于全景成像已經(jīng)利用相機(jī)標(biāo)定的內(nèi)方位元素實(shí)現(xiàn)了平面投影到球面坐標(biāo)之間的投影，因此球面全景的球面坐標(biāo)可以直接用來進(jìn)行相對定向。球面１８２４

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1 楊阿華;李學(xué)軍;劉濤;李東岳;;基于直接解算與迭代優(yōu)化的相對定向方法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2014年06期

2 趙軍民;魏新紅;張凱;;一種改進(jìn)的相對定向標(biāo)定方法研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年32期

3 趙軍民;鄭化浦;楊斌;;基于p-h算法的可變焦距相對定向標(biāo)定算法研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2014年20期

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本文編號：2581896