钦桂勤， 张永生， 黄桂平， 范亚兵， 陈 铮

（1.信息工程大学，河南郑州 450001； 2.华北水利水电大学，河南郑州 450011；3.61363部队，陕西西安 710054； 4.66444部队，北京 100042）

水下摄影测量共线理论与相机标定方法

钦桂勤1， 张永生1， 黄桂平2， 范亚兵3， 陈 铮4

（1.信息工程大学，河南郑州 450001； 2.华北水利水电大学，河南郑州 450011；3.61363部队，陕西西安 710054； 4.66444部队，北京 100042）

基于摄影光学理论，分析了相机在空气中和水下成像基点位置关系，提出水下摄影三点共线理论，并推导出相机在水下主距变化模型；分析了相机水下摄影视场和畸变大小的变化，设计了水下摄影测量相机标定方法；最后通过水下摄影试验标定，验证了水下摄影三点共线理论的正确性和水下相机标定方法的实用性。

计量学；水下摄影测量；三点共线理论；水下相机标定；相机主距；基点位置

1 引 言

水下摄影测量是双介质摄影测量的一种，属于一种非常规摄影测量［1，2］。传统观点认为，双介质摄影测量中，镜头的摄影中心位置同单介质摄影时相同，只是由物点发出的光线在界面处发生折射，从而导致物点、摄影中心和相应像点三点不再共线［1～9］。双介质摄影测量的这种折射理论，对于被测物和相机不在同一介质中（如在水面上对水下物体进行摄影）的情况是合理的，许多学者对此作了大量的研究［2～5］。对于摄影相机和被测物均在水下的测量，对此感兴趣的学者们也从折射的角度出发进行了大量的研究［6～9］。水下摄影测量成像系统与空气中成像系统不完全相同，目前有水下专用可与水直接接触的测量相机（镜头前有一块防水光学玻璃），也有将常规测量相机密封在相机防护装备中，因此相机水下防护装备也成为水下成像系统的一个组成部分［10］。……