CCD相机靶面倾斜误差修正应用研究

　　随着光学测量水平的不断提高，目前光电经纬仪的记录方式，从传统的机械式摄影机胶片记录方式，逐步转变成CCD摄像机数字记录方式，但是在事后的数据处理过程中，目前依旧沿用原先的处理方式来确定目标的最终坐标，既所校正的系统误差主要是定向差、照准差和零位差。同时，因为有些测量设备根据不同需求需要移动到不同的测量点，在移动过程中可能出现CCD靶面中心点与经纬仪主视轴产生相对位移，这一误差已经通过原点标定(平移)的方法加以修正。但是，光电经纬仪在移动过程中不但出现两个视轴的相对位移，还要产生CCD 相机靶面横轴与经纬仪水平轴之间的靶面倾斜，如图 1 所示。

　　图中，O点为CCD靶面中心点，也是经纬仪视轴中心点(设中心点已修正);AA'为 CCD 靶面横轴，而实线部分代表经纬仪水平轴; 就是CCD靶面横轴与经纬仪水平轴之间的倾斜角度。因为在光学测量中，被测目标的坐标，是以经纬仪视轴与水平轴交点坐标作为相对原点测出来的，因此，固定的目标相对于经纬仪的方位高低角度是固定的，即使被测时的目标位置不在经纬仪视轴中心点上(如图1 所示)，通过脱靶量( ， )计算，最终测量结果应该相同。图中不难看出，作为经纬仪记录手段的CCD相机靶面横轴与经纬仪水平轴存在倾斜时，被测出来的目标相对于CCD靶面的方位高低脱靶量为 与经纬仪真实脱靶量( a，e )存在误差，且倾斜角越大，离中心点越远，目标相对于经纬仪的坐标偏差量越大。一般光电经纬仪在刚出厂时已通过严格调试，CCD靶面倾斜角非常小，可以忽略上述误差，可是长期在外部环境使用之后，因为靶面移动将产生两个原点相对位移和两个横轴相对倾斜。

　　1 新旧脱靶量判读比较

　　1.1 胶片焦距判读法

　　如图 2 所示。使用胶片初期，根据所提供的焦距值，算出目标点对中心点的距离，投影到水平轴和垂直轴上，算出高低方位脱靶量。因为卡塞格林式经纬仪在使用胶片时，像面上的水平轴随着经纬仪高低角度旋转，所以此时图中的水平垂直基准线随着高低角度变化而旋转。

　　1.2 胶片十字丝判读法

　　如图 3 所示。经纬仪出厂时，十字丝标记点连接线与水平轴平行，把目标点直接投影到以十字丝为基准的水平垂直轴上得出方位高低脱靶量。此时的十字丝同样随着经纬仪高低角度旋转。

　　1.3 CCD 靶面判读方法

　　光电经纬仪安装 CCD 相机之后，根据安装位置不同，经纬仪水平轴在靶面上有旋转和不旋转两种形式，图 1 所示的是不旋转的。判读时把目标投影到旋转或不旋转的水平垂直轴上，在靶面上得出方位高低脱靶量。CCD相机和胶片所不同的是，胶片直接代表像面，不以胶片倾斜而画面倾斜，而CCD 画面代表的是靶面，像面与靶面倾斜所带来的误差就是本文讨论的问题。