光场相机摄影测量模型及方法研究

As an imaging device which shoots pictures that can be focused after they're captured, either on the camera itself or online, a light-field camera captures both light intensity of target object and the directions and intensity of every incoming ray. After data post-processing, every optical aspect of the scene can be generated, moreover, it can much geometric and radiation information of 3D scene. Being different from traditional photogrammetric camera, such light field information can be used to derive clear targets at various depths and capture motion targets, so that photogrammetry model and method cannot be applied to the light field camera directly. This project proposes photogrammetric model and methods for light field camera, which include high accuracy calibration for light field camera, collinearity equation in object and image space, forward intersection and space resection, and bundle adjustment model and method. After developing basic light field photogrammetry theory and model for application, accuracy evaluation of the proposed model using Mobile Mapping System and low-altitude aerial photography data is performed, ground control data will be used for validation.

"先拍照后对焦"的4D光场相机作为新一代摄影传感器，完整获取的4D光场不仅记录目标物体的光强度，而且包含来自目标物多个射线的方向和强度。通过后期数据处理实现不同景深目标在一张照片上的清晰成像，获得比传统相机更多的三维场景几何信息和辐射信息，克服了传统摄影测量相机无法同时获取不同景深目标清晰成像、在运动摄影中容易存在影像模糊的不足。不同于传统相机的光场成像模型导致既有摄影测量模型与方法无法直接应用于光场相机。本项目旨在研究光场相机在摄影测量中的测量模型与方法，包括高精度的光场相机标定模型与方法、物方像方的共线方程模型、前方交会和后方交会方法、区域网平差模型与方法等，建立光场相机摄影测量基础理论和应用模型关键问题，并利用移动测量和航空摄影测量平台对所建立的模型、方法及精度进行实验验证，评价光场相机应用于摄影测量的适用性。

本项目研究针对新型摄影传感器光场相机的成像原理及特性，建立了光场相机用于摄影测量的模型及应用方法，实现了光场相机的高精度测量，从理论和方法上为光场相机在摄影测量方面的奠定的基础，取得具体成果如下：.（1）构建了微透镜光场相机高精度标定模型。通过直接利用raw影像进行光场相机标定，建立了物方棋盘格角点与raw影像上棋盘格角点间的严格投影关系。对于光场相机没有从主透镜中心穿透的光线不能很好地适合径向畸变模型的问题，提出了一种考虑多种畸变的14个参数的畸变模型，提高了未通过主透镜中心光线的畸变的校正精度。.（2）建立了光场相机影像摄影测量方法，推导出了光场相机的理论测量误差方程，立了光场相机测量精度理论分析提供了理论基础。提出了一种改进的针对光场相机深度估计方法，有效解决了弱纹理区域噪声和混叠等因素影响造成的异常值问题。针对深度估计中存在的遮挡问题，提出了一种处理光场相机深度估计中的全遮挡问题的方法，实验结果证明方法优于现有的其他的深度估计方法。.（3）研究并构建了双目光场相机的摄影测量模型和双目光场相机立体测量模型与方法。实现了双目光场相机深度估计，与常用的双目立体深度估计方法相比，利用双目光场相机进行深度估计可以得到更清晰的边缘和更高的精度，提高了光场相机摄影测量精度，拓展了光场相机的应用范围。