[实用新型]一种用于动态摄影测量的跟踪相机系统

说明书

本发明涉及数字近景摄影测量和计算机视觉领域，尤其是一种用于动态摄影测量的跟踪相机系统及自动标定方法，所述系统具有一个旋转自由度的跟踪测量相机，并通过另外一台辅助相机自动标定的方式为该测量相机提供任意一帧图像拍摄时刻的外方位元素，从而使该跟踪相机能够在不受光电经纬仪设备限制的情况下，服务于大场景范围内动态摄影测量应用。

技术领域

本实用新型涉及数字近景摄影测量和计算机视觉领域，尤其是一种用于动态摄影测量的跟踪相机系统。

背景技术

利用高速光学相机拍摄运动目标的序列图像进而从中分析目标的运动状态参数(例如目标的空间位置、姿态和速度等参数)是实践中经常使用的方法。当待测目标的运动范围较大，同一个静态相机视场无法有效覆盖时(如对空中的飞行器目标或运动中的表演员、运动员关节目标等进行测量时)，为使移动中的目标能够始终保持在高速相机的视场中，通常需要使高速相机沿着目标的移动方向转动，以实现对运动目标的跟踪拍摄。

另一方面，为了能从摄影几何的角度严格测量目标的运动状态参数需要已知高速相机在每一个成像时刻的成像方程。该方程由若干个必要的相机定向参数来描述。摄影测量学及计算机视觉理论中将这些必要的相机参数划分为内方位元素(或称相机内参数)和外方位元素(或称相机外参数)两部分。

对于非量测型数字相机而言，内方位元素一般有9个，即像主点坐标x₀,y₀、x向和y向等效焦距f_x,f_y、径向畸变参数p₁,p₂,p₃和切向畸变参数q₁,q₂，这9个参数在跟踪相机的拍摄过程中通常是不发生变化的，因而可以在图像序列拍摄前通过实验室标定得到；对于量测型相机而言，其内方位元素一般为3个，即像主点坐标x₀,y₀和相机主距离f，且这些内方位元素在设备出厂后，均为已知量。以下内容中将所有的内方位元素集合统一记为向量P。

量测型相机和非量测型相机的外方位元素的数目是相同的，即3个线元素X_S,Y_S,Z_S和3个角元素ω,κ。3个线元素可用一个向量T来表示，3个角元素可用一个3×3的单位正交矩阵R来表示。对于跟踪相机而言，R,T在相机的跟踪拍摄过程中是不断发生变化的，因此需要在每幅图像拍摄时刻通过一定的技术手段或者专用设备来实时获取并记录这些参数。

目前，工程实践中普遍采用为测量相机配备一台光电经纬仪的方式来提供跟踪相机在摆动过程中的旋转自由度，并记录图像获取时刻相机的6个外方位元素。然而，通常情况下使用光电经纬仪跟踪相机有以下三个方面的不足：

1、光电经纬仪作为精密的光学设备一般比较笨重、体积庞大，不便于移动，且远距离运输对跟踪精度影响较大；

2、光电经纬仪产品价格昂贵，购置和维护成本较高；

3、光电经纬仪与相机之间相对位姿参数的标定相对复杂。

上述三点从一定程度上限制了高速相机在大场景范围内动态摄影测量领域的广泛应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是在不使用光电经纬仪的情况下，设计一种用于动态摄影测量的跟踪相机系统，所述系统具有一个旋转自由度的跟踪测量相机，并通过另外一台辅助相机自动标定的方式为该测量相机提供任意一帧图像拍摄时刻的外方位元素，从而使该跟踪相机能够在不受光电经纬仪设备限制的情况下，服务于大场景范围内动态摄影测量应用。