Способ определения положения главной точки снимков и фокусного расстояния съемочной камеры

( )693114 ЙЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву -1) 2443523/18-10(22) Заявлено 17,01.77 с присоединением заявки ре дарстввннвй ввквтвт СССР двлвм нзобрвтвннй и вткрмтнй(23) Приоритет убликовано 25.10 79 Бюллетень,Ре 39ата опубликования описания 25 10.79 3) УДК 528,71 ,11. 089,6 (088,8) 2) Авторы изобрете оскуряков и Н. В. Хохловский Бурнашов, А, Б,Заявитель енинградский гидрометеорологический институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГЛАВНОЙ ТОЧКИ СНИМКА И ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СЬЕМОЧНОЙ КАМЕРЬ Изобретение относится к фотограмметрии и предназначено, преимущественно, для калибров. ки съемочных камер, отфокусированных на конечное расстояние.Известен способ определения положения главч5 нои точки снимка и фокусного расстояния калибруемой камеры на основании применения законов перспективы при аэросъемке путем фо. тографирования пространственного тест-объекта в виде зданий 111. По снимкам находят поло.жение точек схода семейства параллельных пря 10 мых, по координатам которых вычисляются элементы внутреннего ориентирования.Однако применение такого способа для калибровки камер, отфокусированных на конечное расстояние, является сложным. Известен также способ определения главнои точки съемной камеры, который основан на по. строении точки схода по изображениям на спим. ке тест-объекта в виде вертикальных прямых,20причем камера при фотографировании устанав.ливается со строго отвесным расположением оптической оси объектива 2). Недостатком этого способа является наличие ошибок в ориентировании оптической оси объектива съемочной камеры вертикально из-за неизбежных инструментальных и юстировочиых погрешностей, возникающих при изготовлении съемочной камеры, и ошибок установкиаппаратуры в процессе ориентирования при калибровке. Кроме того, контроль вертикальности оптической оси по уровню, устанавливаемому соглас но данному способу на плоскости прикладной рамки, возможен не у всех сьемочных камер.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений.Для этого оптическую ось объектива калибруемой камеры неоднократно последовательно вращают вокруг каждой из двух горизонтальных осей, расположенных взаимно перпендикулярно, фотографируют пространственный тест- объект и масштабную сетку в момент вертикаль. ной установки оптической оси в напрвлениях от вертикали на угол в 1/3 поля зрения объек. тива, а положение главной точки и фокусное оасстояние камеры определяют ло вычисленным3 6931- координатам точек схода на негативе и углу в1/3 поля зрения объектива камеры,На фиг. 1 дана схема калибровки съемочнойкамеры с поворотами оптической оси; на фиг, 2 -схема определения координат главной точки ифокусного расстояния камеры.На чертеже приняты следующие обозначения:1 - .съемочная камера; 2 - хомут; 3 - фланед с конусом; 4 - делительная головка; 5 - 10ферма; 6 - плато; 7 - нити; 8 - грузы; 9 -материальные точки (метки); Р - плоскость"снимка; о, х, г - система координат в плоскос.ти Р, задаваемая координатными меткамисъемочной камеры; О, - начало системы координат в плоскости снимка; О - главная точкаснимка; бх, о- координаты главной точки;а 4 - точкисхода ( = 1,2 . 6); 8 - задняяузловая точка объектива,Координаты изображений материальных то. 20чек тест-объекта определяют в системе коорди.наты О х, х, задаваемых координатными метками схемочной камеры (см, фиг. 2). По измеренным координатам изображений материальныхточек, расположенных на одной нити, составляют уравнения прямых линий, количество которых равно количеству нитей с материальнымиточками, получившимися на фотограмме, Ре.шая совместно эти уравнения, получаюткоординаты первой точки схода (координаты точки а,). З 0Затем путем вращения камеры оптическую осьповорачивают вокруг горизонтальной оси, про. ходящей примерно через заднюю узловую точкуобъектива, на угол а, равный 1/3 угла поля зрения объектива камеры. При этом изображение 35тест-объекта не должно выходить из поля зрения объектива камеры,После фотографирования тест-объекта приданном положении камеры определяют коорди.наты второй точки схода (координаты точки атак же, как и координаты точки аЧатем оп.тическую ось камеры поворачивают вокруг тойже горизонтальной оси на тот же угол а, но впротивоположную сторону от начального направления. 45. После фотографирования тест. объекта прй" этомположении камеры определяют координаты точки схода-аз,Получив координаты трех точек сходаа аз, аз, камеру вторично устанавливают та.50ким образом, чтобы оптическая ось была распо.ложена под углом не более 3 к отвесной линии, и после фотографирования тест-объекта по.лучают координаты точки схода а 4. Затем опти.ческую ось камеры поворачивают на тот жеугол а вокрут горизонтальной оси, расположенной под углом 90 + 10 к начальному положению горизонтальной оси, и, после фотографиро 1 14вания тест-объекта получают координаты точки схода аз. Координаты точки схода а 4 получают после фотографирования тест-объекта, когда оптическая ось камеры повернута на угол а вокруг этой же горизонтальной оси в противо. положную сторону от начального положения.По вычисленным координатам точек схода ааз, аз, а 4 а аб и известному значению уг. ла а определяют положение главной точки и фо. кусное расстояние, По условию способа точки аз, а, и аз лежат на одной прямой. Точки а а 4 и а, также лежат на одной прямой, причем/ а,Яа, = .а,Яаз = Е аьЯа 4 = Е.а 48 а, = а, В треугольнике азаз а, известны углы Е азЯа, = Е. а,Яаз = а, причем отрезки а,аз и а, аз определяют по координатам точек ааз и аз в системе координат снимка.Зная углы Е а,Яа, иа, Я а а такжевеличины отрезков а,аз и а, аз, определяют высоту треугольника Як, и координаты основания высоты, то есть точки К в системе координат снимка. Аналогично находят высоту Якз треугольника абЯа, и координаты основания этой высоты, то есть точки К, в системе координат снимка,Главная точка снимка определена как точка пересечения прямой,. расположенной в плоскости снимка и перпендикулярной прямой азаз, а также проходящей через точку К с прямой, расположенной в плоскости снимка, перпендикулярной прямой а,а и прохожящей через точку Кз.На фиг. 2 главная точка снимка обозначена буквой О, Ее положение в системе координат снимка задается величинами Бх и бг. Определив координаты точки о, вычисляют длину отрезка ОК, и находят фокусное расстояние калибру. емой камеры ЯО по теореме Пифагора:80 = 4,8 к,) - (Ок,)2, причем фокусное расстояние определяют для контроля или р, , р,р,р рр .,/Ср;рр:/ръй,При калибровке этим способом исследуемую камеру 1 монтируют на шпинделе делительнойголовки. Крепление осуществляют с помощью хомута 2 и фланца с конусом 3. Делительная головка 4 устанавливается неподвижно на форме 5, при этом ось делительной головки (ИМ ) занимает горизонтальное положение, При уста. новке камеры в первоначальное положение оптической,оси использовался оптический квадрант, прикладываемый к корпусу камеры. На плато 6 с масштабной сеткой, прикрепленном к потолку, подвешиваются капроновые нити 7 с грузами 8 и метками 9. Нити располагаются в поле зрения объектива камеры. Перед определением коорди. нат точек схода а 4, а, и а камеру поворачивают в хомуте на угол 90 + 1 О вокруг оптичес5 6931 кой оси объектива, Повороты камеры на .угол й производят с помощью оптического квадранта.Для получения уравнения прямых, проходяших через изображения меток, расположенных на одной нити, используют способ наименьших квадратов с вычислением на электронно.вычис.лительной машине, например, типа "Минск".Формула изобретения 10Способ определения положения главной точки снимка и фокусного расстояния съемочной камеры путем ориентирования оптической оси объектива и фотографирования камерой прост ранственного тест-объекта, выполненного в виде вертикально подвешенных нитей с двумя материальными точками, о т л и ч а ю щ и й-с я тем, что, с целью расширения функциональ 14 6ных возможностей и повышения точности изме.рений, оптическую ось объектива калибруемойкамеры неоднократно последовательно враща.ют вокруг каждой из двух горизонтальныхосей, расположенных взаимно перпендикулярно,фотографируют пространственный тест-объекти масштабную сетку в момент вертикальной установки оптической оси и в направлениях отвертикали на угол 1/3 поля зрения объектива,а положение главной точки и фокусное рассто.яние камеры определяют повычисленным коор.динатам точек схода на негативе и углу в 1/3поля зрения объектива камеры,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Эцерит Л. Меррит, Аналитическая фото.грамметрия. М,: Геодезиздат, 1961, с. 41-45.2. Авторское свидетельство СССР Р 425046,кл. 6 01 С 11/04, 1972,сное иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 каз 6392/43 Тираж ЦНИИПИ Государе по делам изобрет 113035, Москва, 844твенного ений и оЖ, Рау комитета СССкрытийская наб., д.