基于近景攝影測(cè)量的高精度姿態(tài)測(cè)量研究
本文關(guān)鍵詞:基于近景攝影測(cè)量的高精度姿態(tài)測(cè)量研究
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【摘要】:近景攝影測(cè)量一般應(yīng)用范圍都在1~20米之間,在針對(duì)約100米距離的物體進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量時(shí),因?qū)嶋H應(yīng)用中操作難度較大故研究的不多,本文著眼于相機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定、合作標(biāo)志物的自動(dòng)識(shí)別、合作標(biāo)志物的高精度擬合提取、高精度姿態(tài)測(cè)量等許多實(shí)際性的問(wèn)題開(kāi)展深入研究,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個(gè)高精度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)繞著固定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)姿態(tài)測(cè)量。本論文首先針對(duì)100多米處難以進(jìn)行相機(jī)外參數(shù)標(biāo)定,提出先將焦距保持在被測(cè)物體端,而后調(diào)整光圈獲得清晰的近處標(biāo)定版圖片,完成相機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定,設(shè)計(jì)了一種標(biāo)定靶桿,將其放置在攝影測(cè)量?jī)x近端,處理得到標(biāo)定靶桿上的合作標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)的圖像坐標(biāo)和測(cè)試場(chǎng)坐標(biāo),采用張正友的基于多平面成像方法完成相機(jī)外參數(shù)標(biāo)定。設(shè)計(jì)并分析此外參數(shù)標(biāo)定方法的參數(shù)模型,得到影響外參數(shù)的所有影響因子,在仿真實(shí)驗(yàn)中研究每個(gè)影響因子的作用大小,在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證,并根據(jù)實(shí)際要求對(duì)大地測(cè)量等提出精度要求。分析近端的相機(jī)參數(shù)標(biāo)定和遠(yuǎn)端的姿態(tài)測(cè)量時(shí)不同的背景和成像條件,統(tǒng)一前期圖像預(yù)處理方案,通過(guò)3ds Max仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合作標(biāo)志點(diǎn)的粘貼方案,綜合基于知識(shí)和基于不變量的目標(biāo)識(shí)別提取方法,研究出合作標(biāo)志點(diǎn)及其編碼帶的最佳提取方法,并在幾何擬合等基礎(chǔ)上考慮灰度圖像的邊緣漸變性,提出了基于灰度導(dǎo)數(shù)加權(quán)的橢圓擬合算法,在仿真試驗(yàn)中驗(yàn)證其誤差精度提高了0.02~0.03像素,使得實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和精度上同時(shí)滿足了實(shí)驗(yàn)要求。研究了數(shù)據(jù)平差的幾種不同數(shù)學(xué)模型和稀疏光束平差算法,并結(jié)合相機(jī)參數(shù)標(biāo)定、橢圓擬合、臨時(shí)坐標(biāo)系的建立、目標(biāo)姿態(tài)測(cè)量等實(shí)際應(yīng)用中的需要分別進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,設(shè)計(jì)相關(guān)優(yōu)化算法,提高了實(shí)驗(yàn)精度。深入研究了單目測(cè)量和雙目交會(huì)的數(shù)學(xué)模型,完成對(duì)攝影測(cè)量?jī)x、標(biāo)定靶桿等設(shè)備的布站,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的情況提出兩種姿態(tài)測(cè)量方法相結(jié)合完成整個(gè)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中目標(biāo)的姿態(tài)測(cè)量,定量分析了飛行器姿態(tài)精度的所有影響因子的作用大小;提出將每個(gè)相機(jī)成像中的所有合作標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,利用稀疏光束平差算法進(jìn)行最優(yōu)化平差,在提高姿態(tài)測(cè)量的精度的同時(shí)也滿足了實(shí)時(shí)性要求,尤其單目測(cè)量時(shí)效果明顯。在實(shí)際應(yīng)用中完成了攝影測(cè)量?jī)x、發(fā)送光端機(jī)、接收光端機(jī)、PC機(jī)等設(shè)備的聯(lián)調(diào),測(cè)試了多功能串口卡、圖像采集卡、鏡頭控制卡等硬件板卡的功能,實(shí)現(xiàn)了對(duì)相機(jī)、鏡頭、激光器和云臺(tái)的相關(guān)操作并完成了其精度調(diào)試實(shí)驗(yàn)。在外場(chǎng)完成了相機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)距離合作標(biāo)志物模擬驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、目標(biāo)坐標(biāo)系建立實(shí)驗(yàn)等,對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析,同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】:中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類(lèi)號(hào)】:TP391.41
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,本文編號(hào):1229684
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