一种稳健估计的无人机机载相机标定法

作者:何海清;黄声享 刊名:测绘通报 上传者:姜丽娜

【摘要】针对无人机机载相机参数需频繁地高精度标定问题,为满足不同条件下以及航测的需要,提出利用稳健估计平差法参与相机标定的方法。该方法根据相机针孔成像原理,利用线性和非线性的Tsai两步标定法,以及从Robust原理导出的选择权迭代法,逐步消弱特征点定位粗差对内参数估计的影响,以实现高精度相机标定。以无人机机载相机Cannon EOS 5D MarkⅡ进行标定试验,并采用9×9棋盘格LCD(纯平液晶显示器)作为标定模板。结果表明,该方法可获取较高的标定精度,且比等权最小二乘法参数估计更优,对于无人机机载相机标定具有一定的实用性。

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文章编号:0494-0911( 2013) 02-0099-04 中图分类号: P246 文献标识码: B 一种稳健估计的无人机机载相机标定法 何海清,黄声享 ( 武汉大学 测绘学院,湖北 武汉 430079) A Method of UAVs Airborne Camera Calibration Based on Robust Estimation HE Haiqing,HUANG Shengxiang 摘要: 针对无人机机载相机参数需频繁地高精度标定问题,为满足不同条件下以及航测的需要,提出利用稳健估计平差法参与相机标定的方法。该方法根据相机针孔成像原理,利用线性和非线性的 Tsai 两步标定法,以及从 Robust 原理导出的选择权迭代法,逐步消弱特征点定位粗差对内参数估计的影响,以实现高精度相机标定。以无人机机载相机 Cannon EOS 5D Mark Ⅱ进行标定试验,并采用 9 ×9 棋盘格 LCD( 纯平液晶显示器) 作为标定模板。结果表明,该方法可获取较高的标定精度,且比等权最小二乘法参数估计更优,对于无人机机载相机标定具有一定的实用性。 关键词: 无人机; 稳健估计; 畸变参数; 相机标定 收稿日期: 2011-12-21 基金项目: 国家 863 计划( 2009AA12Z311) ; 中央高校基本科研业务费专项基金 作者简介: 何海清( 1983—) ,男,江西赣州人,博士生,主要研究方向为变形监测、灾害预报及无人机应用。 一、引 言 随着测绘科技、高分辨率传感器、无人机驾驶飞行平台等技术的迅猛发展,应用于航测的无人机技术日臻成熟,无人机航测可做到快速响应,并能够直观地、实时动态地快速获取反映地表状况的多源、多尺度、高分辨率、低成本遥感影像数据,为资源快速调查、灾害防治等应用提供应急保障。 无人机航测现阶段搭载的传感器一般为高分辨率数码相机,而其标定是进行摄影测量的重要组成部分,用于精确建立空间物体三维位置与图像对应点之间的几何模型。由于无人机航测存在飞行平台姿态不稳定、起飞降落可能抖动剧烈等问题,同时为了满足不同摄影环境还需要变焦或更换镜头,因此无人机所搭载的高分辨率数码相机应频繁地标定内部参数。目前,国内外学者在摄影机标定领域作了广泛而深入的研究,具有代表性的标定方法有 Abdal Aziz 和 Karara 于 20 世纪 70 年代初提出的线性变换相机标定方法[1]; Tsai 于 20 世纪 80 年代中期提出的基于 RAC 的相机标定方法[2]; 张正友提出的利用旋转矩阵的正交性与非线性最优化摄像机平面标定法[3]; 谭晓军等提出的通过双目匹配点标定立体摄像机[4]; 詹总谦等提出的基于 LCD 平面格网和有限元内插模型的相机标定法[5]; 高智等提出的通过编码检校场实现双目视觉系统的自动标定法[6]等相机标定方法。目前,相机标定原理较为成熟,然而,由于标定内参数计算过程中采用等 权的最小二乘法估计,因此其抵抗粗差的能力差[7],若标定所使用特征点中存在精度较低或误差过大的坐标值,势必会影响标定结果的精度。本文顾及相机自动标定提取特征点可能存在的定位粗差,提出利用稳健估计平差法参与相机标定的方法,以消除粗差对内参数计算产生的影响。该方法根据相机针孔成像原理,利用线性和非线性的 Tsai 两步标定法,以及从 Robust 原理导出的选择权迭代法,逐步消弱角点检测带来的粗差对内参数估计的影响,以获得精度更高的标定结果。 二、相机成像模型 相机成像实质上是三维空间实体映射到二维空间的过程,本研究相机成像模型选用针孔模

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