Accurate camera models are essential for photogrammetry applications such as 3D mapping and object localization, particularly for long distances. Various stereo-camera based 3D localization methods are available but are limited to few hundreds of meters' range. This is majorly due to the limitation of the distortion models assumed for the non-linearities present in the camera lens. This paper presents a framework for modeling a suitable distortion model that can be used for localizing the objects at longer distances. It is well known that neural networks can be a better alternative to model a highly complex non-linear lens distortion function; on contrary, it is observed that a direct application of neural networks to distortion models fails to converge to estimate the camera parameters. To resolve this, a hybrid approach is presented in this paper where the conventional distortion models are initially extended to incorporate higher-order terms and then enhanced using neural network based residual correction model. This hybrid approach has substantially improved long-range localization performance and is capable of estimating the 3D position of objects at distances up to 5 kilometres. The estimated 3D coordinates are transformed to GIS coordinates and are plotted on a GIS map for visualization. Experimental validation demonstrates the robustness and effectiveness of proposed framework, offering a practical solution to calibrate CCTV cameras for long-range photogrammetry applications.


翻译:精确的相机模型对于三维测绘与目标定位等摄影测量应用至关重要,尤其在远距离场景中。现有多种基于立体相机的三维定位方法,但其有效范围通常局限在数百米内。这主要源于现有畸变模型对相机镜头非线性特性的建模局限。本文提出一种建模框架,旨在构建适用于远距离目标定位的畸变模型。众所周知,神经网络可作为建模高度复杂非线性镜头畸变函数的优选方案;然而研究发现,直接将神经网络应用于畸变模型会导致相机参数估计无法收敛。为解决该问题,本文提出一种混合方法:首先扩展传统畸变模型以纳入高阶项,继而通过基于神经网络的残差校正模型进行增强。该混合方法显著提升了远距离定位性能,能够对最远5公里外的目标进行三维位置估计。所得三维坐标经转换后生成地理信息系统坐标,并绘制于地理信息系统地图实现可视化。实验验证表明,所提框架具有鲁棒性与有效性,为闭路电视摄像机在远距离摄影测量应用中的标定提供了实用解决方案。

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