车载全景相机的影像匹配和光束法平差

季顺平，史云

摘要：目的：传统胶片和CCD面阵相机成像视场狭窄，易受遮挡，可能无法满足特定的应用需求。全景视觉成像具有成像一体化、360度大视场、旋转不变性等优点，已经在机器人、计算机视觉等相关领域中逐步得到应用。本文研究了基于车载全景相机的空中三角测量，包括全景几何成像模型，多特征连接点提取，以及GPS/IMU辅助光束法区域网平差。方法：首先，研究了曲面图像的匹配方法。针对曲面图像变形复杂，相对于普通相机更难匹配的挑战，采用两步匹配策略。第一步利用多特征匹配法，在独立的5个鱼眼相机图像上分别提取SIFT和Fonster特征点并匹配。第二步，将匹配点投影到全景图像上进行物方精匹配。然后，研究了全景相机的成像模型。根据鱼眼相机的检校参数，以及与全景球面的相对几何关系，将单个鱼眼图像上像点转换到全景球面；并建立球面坐标与地面坐标间的对应几何关系——球面成像的共线条件方程。最后，研究了GPS/IMU辅助的全景相机的光束法区域网平差。将带权GPS和IMU观测方程与全景球面成像方程联立，并通过非线性最小二乘解得相机的位置、姿态以及加密点坐标。结果：选用500张全景影像（3000张独立鱼眼图像）进行了自动匹配和GPS/IMU约束的无地面控制平差试验，总拍摄长度约1 km。匹配在2500张鱼眼图像上进行（不考虑500张天空图像），平差在全景坐标系中进行。所采用的GPS/IMU系统的定位精度约5～20 pixels。鱼眼图像大小为1616 pixels×1232 pixels，像元分辨率为0.009 mm，焦距为3.3 mm，投影中心相互距离约40 mm；……