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数字近景摄影测量系统中相机校准和长度测量误差校准

作　者: 甘晓川
导　师: 叶孝佑
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数字近景摄影测量相机校准多边定位系统坐标解算大尺寸测量空间坐标测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 201次
引　用: 1次
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内容摘要

数字近景摄影测量是摄影测量学的一个重要分支,在工业测量领域,如航空、汽车、船舶等,得到非常广泛的应用。数字近景摄影测量系统往往需要给出量化的测量结果,这就必然要求给出的结果要具有一定的测量精度。对数字近景摄影测量系统精度的评定还没有统一的方法或标准,在发达国家已经有了相关的标准,而在我国还没有相关的标准。本文尝试在研究数字近景摄影测量技术的同时,对如何评定其测量精度做出相关的研究。数字近景摄影测量根据其获取图像的方式的不同,可分为多种。为了更好的研究他们之间的区别与联系,更好的了解近景摄影测量的特点、研究其校准方法,建立了一套数字近景摄影测量系统。系统由低畸变的光学镜头、高分辨率的CCD相机、高性能的图形工作站、直线运动导轨、高精度转台等组成,可具有不同的工作方式。相机的畸变会对测量结果带来巨大的误差,通常数字近景摄影系统要求对相机进行校准。相机校准的方法有多种,本文使用了基于平面参考物的校准方法。设计制作了以角点作为特征点的玻璃标准板用于相机校准。编写了单相机和双相机的校准程序。长度测量误差测量一般是用数字近景摄影测量系统,测量长度已知的空间框架,测量值与真值之差即为长度测量误差。为提高空间框架测量方法的测量范围和测量的准确性,提出使用多边定位系统测量空间框架。文中给出了多边定位系统的原理和组成,坐标解算的方法、系统的自校准等。用该系统对两种不同结构和材料的空间框架进行了测量,初步的实验结果表明此方法是可行的。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-18
  1.1 课题的背景  13-14
    1.1.1 课题来源  14
    1.1.2 课题目标  14
  1.2 近景摄影测量  14-15
  1.3 数字近景摄影测量与计算机视觉的关系  15-16
  1.4 数字近景摄影测量领域的主要研究热点  16
  1.5 本文的主要研究内容  16-18
第二章数字近景摄影测量系统  18-25
  2.1 摄影测量系统  18-19
  2.2 摄影系统组成  19
  2.3 一维运动导轨和高精度转台  19-23
    2.3.1 直线运动导轨  19-20
    2.3.2 运动控制系统  20-23
    2.3.3 高精度气浮转台  23
  2.4 运动试验  23-24
  2.5 小结  24-25
第三章相机校准  25-50
  3.1 概述  25-27
    3.1.1 利用参考物的校准方法  25-26
    3.1.2 自校准方法  26-27
  3.2 本系统使用的校准方法  27-36
    3.2.1 坐标系  27-28
    3.2.2 相机的内参数和外参数  28
    3.2.3 成像模型  28-30
    3.2.4 畸变模型  30
    3.2.5 平面校准方法  30-33
    3.2.6 三角测量  33-34
    3.2.7 立体校准  34-36
  3.3 标准板  36-42
    3.3.1 标准板设计  36-38
    3.3.2 十字线线宽  38
    3.3.3 同心圆环自动检测  38-40
    3.3.4 方向自动检测  40
    3.3.5 角点自动检测  40-41
    3.3.6 角点检测误差  41-42
  3.4 程序实现  42-45
    3.4.1 软件工具  42-44
    3.4.2 校准程序  44-45
  3.5 实验和数据  45-49
    3.5.1 拍摄的图像  46-47
    3.5.2 计算得到的相机参数  47-49
  3.6 小结  49-50
第四章长度测量误差校准  50-80
  4.1 概述  50-51
  4.2 校准系统  51-53
    4.2.1 基本原理  51-52
    4.2.2 空间框架的设计  52-53
    4.2.3 空间框架的校准  53
  4.3 多边定位系统  53-59
    4.3.1 国内外的相关研究  54-55
    4.3.2 LaserTRACER组成  55-56
    4.3.3 主要技术参数  56-57
    4.3.4 仪器基本原理  57
    4.3.5 逆反射器  57-58
    4.3.6 控制器编程接口  58-59
  4.4 多边定位坐标解算  59-68
    4.4.1 空间两点距离  59
    4.4.2 空间坐标的解算  59-62
    4.4.3 自校准的数学模型  62-63
    4.4.4 方程组的求解  63-64
    4.4.5 程序实现  64-68
  4.5 空间框架的测量  68-69
    4.5.1 测量的过程  68-69
    4.5.2 主要误差来源  69
  4.6 实验和数据  69-79
    4.6.1 LaserTRACER测长精度实验  70
    4.6.2 漂移实验  70-71
    4.6.3 框架的测量过程  71-73
    4.6.4 框架的测量数据  73-74
    4.6.5 计算得到的坐标系  74-75
    4.6.6 框架尺寸的测量结果  75-78
    4.6.7 测量V-STARS系统长度测量误差  78-79
  4.7 小结  79-80
第五章总结与展望  80-82
  5.1 论文的主要工作总结  80
  5.2 论文的创新点总结  80-81
  5.3 不足与展望  81-82
参考文献  82-85
附录A 坐标解算中使用的Jacobian矩阵  85-86
附录B Levenberg-Marquardt算法  86-87
攻读硕士学位期间发表论文和参加科研项目情况  87

数字近景摄影测量系统中相机校准和长度测量误差校准

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