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1、准确的姿势和位置，在城市区域估计未校准的摄像机谢文瀚，张莉，中国测绘研究院，北京，中国周国清，老道明大学，诺福克，美国薛玉才，中国香港大学，香港摘要本文提出了一种改进的基于多视图消失点的估计准确姿势和位置及在建设 现场利用摄像机参数的标定方法，这种方法使镜头畸变和相机方位参数直接进入 校准模式。此外，使用在建筑物表面存在的线要素引入几何约束校正模型，相机 的方向参数可以用这种方法准确估计。【关键字】消失点 摄像机标定 姿态估计 快速反应 建筑改造1.介绍市区建筑物所需的各种应用应用如灾后评估、城市规划、旅游等许多从航拍 图像的三维模型提取方法在近几年的发展都需要精确的三维模型，近年来已开发 许
2、多从航拍图像的三维模型提取方法。航拍图像提供广域覆盖，但是，从航拍图 像的模型提取不仅是一个耗时的过程，而且不能实时，因此它不适合市区区域的 突然损坏。另一方面，在航拍图像中，建筑物的墙壁是不可见的，或者仅有非常 低的分辨率，我们需要利用从地面，直升机或无人驾驶飞行器（无人机）拍摄的 图像，以获得准确的外观纹理。正如我们所知，在建设现场恢复的研究中，最重要的是获得职位和相机（即 定向参数）所采用的每一个视图的位置。有许多方法来获取这些定向参数，一些 方法研究使用GPS和IMU获得的参数，另一些则研究使用消失点的属性以获得 它们135。本文提出了一种高精确地估算，即从普通数码相机的图像的姿势 和
3、位置参数（也称为未校准相机）估算的方法。在市区，在建筑物的表面存在丰 富的几何特征，如水平，垂直的平行线和正交线、面等。根据这些特殊的特征， 本文针对基于多视图的消失点准确地解决每个视图的内部和外部的方位参数的 状况提出了新算法，因此，可对每个图像的位置可进行复原。最后，根据这些参 数，建可以迅速得到筑物的场景。2.改进的多视图消失点的校准模型其有关此校正模型的几何模结合文献9的校准其中，x，寸 参数。线性化后,文献9提出了基于多图像消失点的标定方法。这种方法克服单视图的方式 制定了调整模型内部和外部的方向参数和物体周围旋转相机的定向参数。然而， 任何相机镜头都存在光学畸变，其中有一个消失点上
4、的强烈冲击。光学畸变主要 有两种类型的失真，径向畸变和偏心失真，一般来说，只有径向畸变需要考虑。 实验表明，非径向失真造成错误的总和，约占径向畸变的1/7 1/ 8，因此，整 流图像点坐标为：5氓M从主点的半径。k1和k2是径向畸变5汎图 1 消失点和方向参数之间的几何关系其中S是相机的中心；-皿金、五 是x，Y和Z轴的消失点；m是外 方位参数。假定每行只有一个,数学模型1是未知值的条件调整。对于一个有4个观测线的图，我们可以制 定一个观测方程。然而，这种类型的调整计算比较费时，将会占用内存空间量。 二有一个观测值，校准模式将优化如下：这种快速算法，提高了计算效率。定向参数估计 在市区中，建筑
5、物的表面存在大量的几何信息，如平行和垂直等。如果 使用这些作为约束的几何性质，方向参数的准确性应大大提高。本文提出了基于透视投影的定向参数估计。这种方法介绍了如何取消透视投影到上述校正模型的几何约束。H&也*HdfAdip dfj线性化后，其差系数是：幷=（Go +孤df +先九+口1揪+务卯、是一个水平线，图像的角度预测后，我们得到了一个 、g仏_+ 12 庄丄2丿必。+是在太空中的水平线，我们得到线的公式假设空行 = （Fi 丿n + 7然后 工 r -打=口由于（% -口屈加疋+人对于垂直线，还有 联合式（2）和公式（:（3）相同的情况。），我们形成了一个束调整模型:在这个调整模型中，我
6、们只介绍共线 何条件还可以调整模型。弓 取每个图像的外角参数。.2何条件。其他如共面和垂直度等几 入这种方法，我们不仅可以获取内部参数，也可以获-（Z）0 = 0（3；.I-兀=均-孔严也7”旳5一几）一町 获得=_z込像头的位置估计。显然，没有任何对F态参数丿口，我们有扌n v ” *1 冷 T -I ii图2立方体模型4实在实 的数码相 筑物角落，ci （i=1,2,3）是从外围取向290这种常见的具有未知的内部参数 争落處先, 局部坐标系是建立在建 方向的32线和y方向的79线自动提图 3 原始图像中提取线的特征我们以x-y平面作为参考平面，透视投影后，在x和y方向的线应该是水平示勺图像
7、之一。根据内部和外或垂直向参数的单位是毫米。姿态参数投影到从图4中我们可以看到，x和y的方向线成水平或垂直线的纠正 部的方位参数CalibLatediea.it3D建筑模型的一部分可以迅速重建（如图5所The eiia- of result1 6612.191Vn0.043TV4表 1 内部和外部的校准结果参数5 结论本文提出了一种改进的基于消失点估计准确姿势和位置，在建设现场使用未 校准的相机参数的标定方法。这种方法把相机的内部和外部的方位参数，直接进 入校准模式。通过消失点，制定出校准参数和意见（图像中的线条）之间的直接 功能模型，调整计算出顺序，内部和外部参数。由于使用这种方法的所有项目图 像水平平行，因此图像中的线条是其空间线的平行。我们可以引入校准模型共线 性和共面性等几何条件，从而准确得到相机的方向参数。
