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特征点拍照测量关键技术研究

作　者: 胡建才
导　师: 刘先勇
学　校: 西南科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 拍照测量光束法平差光学畸变摄像机自标定
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 72次
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内容摘要

论文根据大尺寸三维特征点测量的需求和应用，对国内外典型三维特征点测量系统的原理和特点进行了分析和比较,并对特征点拍照测量系统TNFP中涉及的部分关键技术进行了系统性研究。分析了自检校光束法平差应用于航空摄影测量和拍照测量的特点。由于在拍照测量中测量网形变化多样，光束法平差中构成的法方程系数矩阵不具有带状结构，导致基于整体广义逆法的求解速度慢。基于此研究并实现了一种基于法方程化简的自检校光束法平差快速解算方法。该方法以“R-T”模式的共线方程为基础，首先构建摄像机参数的法方程式以整体解算摄像机参数的改正数，然后再逐点解算三维点改正数，从而避免组建整体误差方程式和三维点法方程式。经实验验证，该算法在保证精度的前提下有效提高了解算速度，特别适用于拍摄角度多变的TNFP系统。针对TNFP系统的特点，结合因子分解和光束法平差实现了摄像机自标定算法。该方法只需手持定焦摄像机围绕物体拍摄3幅以上图像即可估计出摄像机的内参数以及畸变系数。该方法有3个主要特点：一是由于在因子分解重建过程中采用了所有图像的信息，因此具有很好的鲁棒性；二是由于在完成欧式重构后采用光束法平差对摄像机内参数以及畸变系数进行了非线性优化，因此具有较高的标定精度；三是由于对标定物体、摄像机运动没有严格的要求，因此在实际应用中易于实现。经实验验证，采用4参数的光学畸变模型对摄像机的系统误差进行补偿是可行的，特别适用于基于图像序列的TNFP系统。在分析了编码标记点解码原理的基础上，提出了标记点的误解码剔除策略，可以有效地消除标记点的误匹配带来的影响。TNFP系统已成功应用于工业检测中，经测试实验表明：在4000mm×2000mm×2000mm的测量范围内，TNFP系统测量精度优于0.05mm/m。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
1 绪论  7-21
  1.1 数字近景摄影测量的发展及应用  7-13
    1.1.1 数字近景摄影测量的发展  8-13
    1.1.2 数字近景摄影测量的应用  13
  1.2 数字近景摄影测量关键技术的研究现状及难点  13-18
    1.2.1 光束法平差优化技术现状  15-16
    1.2.2 摄像机标定技术现状  16-17
    1.2.3 标记点误匹配剔除技术现状  17-18
  1.3 本文研究现状及内容  18-21
2 基于法方程化简的自检校光束法平差快速解算  21-42
  2.1 拍照测量中自检校光束法平差的特点  21-23
    2.1.1 光束法平差应用于拍照测量与航空摄影测量的区别  21-22
    2.1.2 自检校光束法平差应用于拍照测量需解决的问题  22-23
  2.2 摄像机畸变模型  23-27
    2.2.1 径向畸变  25
    2.2.2 偏心畸变  25-26
    2.2.3 像平面畸变  26-27
  2.3 自检校光束法平差快速解算  27-33
    2.3.1 误差方程的建立  28-32
    2.3.2 法方程的化简  32-33
  2.4 实验验证  33-41
    2.4.1 模拟实验  34-38
    2.4.2 真实图像实验  38-41
  2.5 本章小结  41-42
3 基于因子分解和光束法平差的摄像机自标定  42-59
  3.1 射影重构  43-45
  3.2 欧式重构  45-47
  3.3 光束法平差优化  47-48
  3.4 实验验证  48-57
    3.4.1 模拟实验  48-51
    3.4.2 真实图像实验  51-57
  3.5 本章小结  57-59
4 剔除误解码的编码标记点  59-68
  4.1 编码标记点的识别  59-62
    4.1.1 编码标记点与非编码标记点的区分  59-60
    4.1.2 编码标记点的解码  60-62
  4.2 误解码标记点的剔除策略  62-64
  4.3 真实图像实验验证  64-67
  4.4 本章小结  67-68
5 TNFP 系统的精度测试  68-76
  5.1 精度评价方法  68-69
  5.2 TNFP 系统精度测试实验  69-71
  5.3 TNFP 系统在工业检测中的应用  71-75
    5.3.1 天线盖测量实例  72-73
    5.3.2 小型飞机模型测量实例  73-75
  5.4 本章小结  75-76
结论  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-84
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  84

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