大视场摄影测量相机的相对定向

为了提高大视场摄影测量系统的测量精度和稳定性,提出一种基于局部迭代搜索算法的相机相对定向方法,仅需要两幅图像间匹配的像面坐标信息,就可以计算相机之间精确的相对外方位参数。通过闭环多项式解法获得两图像之间本质矩阵的初值;将本质矩阵进行局部迭代,计算正交矩阵和外极线约束误差方程;利用两图像上所有匹配点的像面坐标,通过多次迭代获得本质矩阵的全局最优解;分解本质矩阵获得图像之间的相对外方位参数,并结合Cheirality约束条件确定外方位参数的唯一真实解。通过6m×4m×3m可展开桁架微波天线面形测量场的定向实验,验证了提出方法的测量精度和可靠性。相比于传统的相对定向方法,基于局部迭代搜索算法的相对定向方法具有较高的初始定向精度和稳定性,平移向量误差小于5mm,旋转角度误差小于0.1°,而且消除了对于参照物的依赖,对于提高摄影测量系统的性能具有重要意义。     

高精度光学对准测量装置的设计

设计了一套光学对准测量装置,该装置主要由面阵CCD相机、光学镜头、图像处理模块、LED红光光源、球面反光镜组成。介绍了测量原理,测量目标采用等腰三角形排列,通过面阵CCD对目标所反射的图像进行采集,由图像处理模块对该图像进行实时处理,能够同时得到X、Y、Z以及旋转角度等四维坐标数据。推导了光斑图像坐标和被测平面距离等计算公式,并进行了对准精度分析。结果表明,该装置位置误差〈1mm,角度误差为0．24°,实现了高精度、自动、快速对准测量。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

多幕光学法测量弹丸炸点坐标及误差分析

针对飞行弹丸对空中目标近炸炸点位置测量,提出了多幕光学法测量技术。根据试验特点,分析了多光幕交汇测量弹丸炸点位置存在的问题,研究了采用侧向相机辅助多光幕交汇测量技术。通过相机采集到的炸点图像,建立相机、模拟目标和多光幕交汇光幕阵列空间几何计算模型。利用弹丸的飞行轨迹和弹丸炸点图像平面坐标,研究了弹丸炸点侧向空间坐标的计算方法和多光幕交汇测量系统二维坐标修正原理,给出了弹丸炸点坐标计算函数。利用微分法从交汇光幕夹角、光幕幕厚、测时和测距等方面分析测量误差。经计算分析,模拟目标中心高度小于50m时,炸点三维坐标的误差小于40mm。     

一种基于POS系统的航空相机目标定位方法

为实现对拍摄区域目标准确与快速的定位,提出一种针对仅依靠宽幅面阵航空相机进行无源目标定位的定位算法.利用与相机刚性连接的定位定向系统测量相机曝光时刻的位置与姿态信息,恢复摄影光束的空间位置.选取适当的物方坐标系,通过坐标变换建立共线方程,利用单幅相片辅以地面高程信息求解目标的大地坐标信息.分别采用全微分法与蒙特卡洛法建立误差模型并进行仿真计算.采用某相机挂飞数据验证算法的有效性,在飞行高度为5 000m时,定位精度可以达到30m以内,精度指标满足工程需要.     

目标落点的视觉测量方法研究

 针对传统视觉测量方法不能用于远距离和大场域目标测量的问题,提出了一种简单的视觉测量方法,可精确地测量远距离、大场域内目标落点的位置。利用简单的现场标校方法,使两相机的横向核平面水平且重合。在此基础上,根据视觉测量原理,建立了简化的落点坐标视觉测量模型。利用该模型,在250 m×350 m的测量区域内对遍布相机视场的44个目标点进行了视觉测量实验。实验数据显示:各点的综合相对测量误差小于0.3%,达到了较高的测量精度,完全适用于远距离、大视场的目标落点测量。     

多目标探测的摆镜动态角位置测量方法

为进一步提高CCD图像测角的摆角测量精度,提出一种基于多目标探测的摆镜动态角度测量方法。该方法采用多条等宽的平行狭缝作为CCD探测目标,首先利用灰度质心算法得到各狭缝的质心位置,进而将各狭缝的质心位置进行平均运算,得到摆镜的动态角位置。模型表明当使用m条等宽狭缝目标进行测量时,其动态测量误差方差为单目标方法的1／m。实验结果证明,该方法可以有效地提高摆镜动态角位置测量精度。     

扫描镜稳定度对TDI CCD测量精度的影响

利用TDI CCD成像数值仿真模型,研究了TDI CCD测量系统的测角精度随扫描镜速度稳定度的变化规律。首先根据TDI CCD推扫成像的物理过程,建立了数值仿真模型,设计了从光学像和扫描镜稳定度到数字图像的仿真链路;然后利用图像重心计算方法求取图像中心坐标并得到目标点的角位置坐标;通过蒙特卡诺法进行海量打靶试验,对结果进行统计得到扫描镜各稳定度水平上的测量精度值;最后将某工程样机的扫描镜速度稳定度带入仿真模型,仿真结果表明：测试误差增大5.67 μrad,达到了像元角分辨率的1/4。在光学测量系统的系统设计时,需要考虑像元分辨率及扫描镜稳定度的综合影响,选用合适的扫描镜稳定度要求,使测量角分辨率满足用户需求。     

矩形靶标测试CCD相机调制传递函数的研究

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时,由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差,实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义,模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像,推导出了CCD像元的亮度分布公式,从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系,并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。     

基于图像处理技术的航空相机镜头焦面自准直定位研究

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法,利用光电自准直原理进行焦面定位,并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征,采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明:利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3,CCD像元尺寸为6.8 m6.8 m,成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定,得到相机的半焦深为0.040 mm,可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。     

Measuring principle of vertical target density based on single linear array CCD camera

In consideration of the complexity and the high cost of the dual CCD intersection vertical target when it is used indoor. A novel measuring principle of one linear array CCD camera vertical target is presented. One low-power semiconductor sector-like laser with projection board is used to be the lamp-house of the CCD camera. The detection light screen of the CCD camera and the laser lamp-house are adjusted to same plane. When the projectile through the detection light screen, it blocks the part light of the laser and leaves a shadow of projectile on the board. The shadow and its coordinate are acquired and calculated by the CCD camera and computer, and the projectile coordinate of X and Y can be gotten through image processing and further calculation. The measuring principle and the formulas are given, and the measuring error is analyzed. The result indicates that the coordinate error of X and Y less than 1.5 and 2.2 mm, respectively, when the detection light screens is 1 m × 1 m, The principle presented has the advantages that measurement principle is simple, low cost and easy engineering.     

近景大视场角分区域标定方法研究

针对飞行试验测量视场大相机标定精度低的问题,提出一种高精度CCD相机分区域标定方法。该方法首先通过将标靶均匀布置在摄像机视场内,使得标靶尽可能均匀错落地充满整个视场范围,再结合人眼判读的方式求解靶标的像面位置,最终与全站仪三维坐标形成精确的空间标定点集。接着,将像平面按横向方向等间距分割成Ｎ个区域,并结合后方交会的方法分别对每个子区域进行相机参数的计算。实验结果表明：经过分区域标定,相机采集点的总误差比单区域标定法降低了4％(Ｎ＝3)。算法可实现指定区域的相机参数计算,基本满足中高等精度的工业测量要求。所本文研究可应用于位置相对固定不变的工业视觉测量,特别是大工件测量领域。     

基于大地坐标的目标脱靶量交汇测量方法

为提高目标的交汇测量精度,提出了一种基于大地经纬度坐标的数据交汇方法。在交汇测量系统中,根据靶心和电视经纬仪的大地经纬度和高程,建立了空间直角坐标系。当目标进入电视经纬仪视场时,电视经纬仪从视频图像中捕获目标,提取目标方位角和俯仰角;根据交汇测量模型,计算出了目标在靶心坐标系下任意时刻的空间位置坐标。该方法已应用到了试验靶场飞行目标脱靶量测量系统中。实测结果表明,该方法可实时测量目标脱靶量,相对测量误差<10-4,具有较高的测量精度。     

Research on an amendments measurement method on projectile burst location

In shooting range, projectile burst location is an important indicator. To solve the question that multi-screens across measure method cannot gain projectile proximity fuze burst location parameters when projectile close to simulation object at high altitude, the method of lateral camera assistant multi-screens across was proposed to amend the coordinates of four screens across system and realize projectile proximity fuze burst three-dimensional coordinates. The principle and existed question of four screens across system in measuring projectile burst coordinate were analyzed, and according to their measure shortcomings, the calculation model of lateral camera assistant four screens across system was set up, its amendment arithmetic was educed and analyzed, at last, the amendment three-dimensional coordinates of projectile burst location was give out based on their space geometry relation, and the measure errors were analyzed. Through experiment, the amendment measure projectile proximity fuze burst three-dimensional coordinates arithmetic was validated, and the results show the amendments measurement method is scientific and feasible.     

单摄像机虚拟立体视觉测量技术研究

以双目立体视觉传感器三维测量模型为基础,提出了一种用于测量空间三维点坐标的低成本单摄像机模型。该模型利用光学成像,把单摄像机镜像为一对虚拟摄像机,在一个CCD像面上采集到同一物体存在视差的两幅图像,从而恢复空间点的三维信息。讨论了单摄像机传感器测量空间三维点坐标的基本原理,建立了单摄像机传感器的测量模型,克服了双摄像机系统中成本高、切换采集左右摄像机的图像使检测速度减慢等诸多缺陷,为空间三维点的精密测量提供了经济、快速、有效的测量途径。实验表明．传感器可实现约0．8％的相对测量精度．证明了本方案合理、有效。     

3D coordinate measurement based on inverse photogrammetry and fringe analysis

A method based on inverse photogrammetry and fringe analysis is presented for 3D coordinate measurement. Measurement system mainly consists of a micro-camera fixed on one end of a measuring rod, a measuring probe on the other end and a liquid crystal display screen for displaying 2D fringe pattern in the measurement. In the measurement process, the probe contacts the surface of the measured object, and the CCD camera captures the stripes image on displays screen. The coordinates of camera principal point in the world coordinate system may be determined by the phase information carried in the fringe pattern. The coordinate relations between the principal point of the camera and the measuring probe can be determined with a least square optimization technique in camera coordinate system. This method has the advantage of large measurement range, good flexibility, and portable, which is suitable for field measurement. A result of our method is compared with that of the Coordinate Measuring Machine (CMM), which shows that the measurement accuracy of this method can meet accuracy requirement of the field measurement in large dimension.     

单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

低空摄影测量在弹丸落点坐标测试中的应用

靶场现有落点坐标测试设备大多数基于地面观测平台,存在通视要求的局限性,无法及时预测落点概略坐标,且对于连发密集型射击试验无法区分弹序。针对该问题,根据物点与像点的几何位置关系,提出了3种将观测平台设置为空中的无人机弹丸落点测量方法:内差法、距离比例法以及求解姿态角法。介绍了3种算法的基本原理和数学模型,然后结合模拟试验现场的测试数据对3种方法进行了验证,最后计算出满足要求所需要的相机最低技术指标。实验结果表明:内差法和比例法测量精度低于3 m,求解姿态角法的精度小于0.3 m。     

电子白板系统中参数标定方法的研究

为了避开复杂繁琐的摄像机标定过程,提出了一种基于CCD摄像机的电子白板系统参数标定新方法,实现了开机自动标定系统参数的功能。采用Harris角点检测算法成功提取了参考点的像素坐标,并直接运用射影变换交比不变性,推导出白板边框图像像素距离与实际物理距离的映射关系式,进而获得了摄像机的光心坐标。简要分析影响系统标定精度的因素,并设计出减小标定误差的方案,最后搭建实验平台标定系统参数。实验结果表明:该标定方法实现简单,应用方便,且对于单位长度为1 cm的标定块而言,标定误差小于0.04 cm。