基于双目系统的电力线与地物间距离的测量

摘要

双目立体量测技术是摄影测量与计算机视觉中的重要板块，通过它可以快速获得目标点位的三维空间信息。本文对双目系统在电力线之间及其与周围地物之间的距离探测进行了研究与实验，探讨了双目系统软、硬件的基本设计方法与实现过程，并针对双目系统应用于电力线测距提出了以下几点针对性设计方案:
　　(1)垂直基线设计形式，它把传统的X方向基线转变为Y轴方向，由此克服了电力线影像上灰度信息不足，纹理构造单调的不利因素，通过影像上电力线与核线大角度相交来缩小匹配区间，从而提高了匹配的精度。
　　(2)针对黑白角标靶中心定位，本文提出了对应的算子，其基本思想是将标靶中心影像进行二值化处理，然后搜索一个稳定的的阈值，使得阈值图像中被Hough变换提取出的两条直线能满足正交性，将这两条直线的交点作为标靶中心点，从而得到亚像素的定位精度，该算子具有设计简单，实现容易、运算快速、亚像素定位精度等优势。
　　(3)基于Y轴的四元数相对定向，该方法主要有两个特点，首先是垂直基线设计决定了相对定向的主方向为Y轴，其次针对算法计算的效率应用了四元素的旋转矩阵，并进行了公式的推导，随后的实验证明了该相对定向设计方案的效率（收敛性）和精度（准确性）相对于X轴相对定向较高，并得出结论:垂直基线应该使用基于Y轴的相对定向方法。
　　本文的检校使用了DLT求初值，空间后方交会求精确值的过程，得到了可靠的内、外方位元素和畸变参数;在进行前方交会时，为了保证距离精度，采用了左像外方位元素归零，右像外方位元素为相对定向元素的方案，取得了相对于外方位元素前方交会更好的距离解算效果。最后通过实验讨论了摄距与测距精度之间的关系，并验证了本文双目系统软、硬件设计的可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．研究的背景和现状

1．1．1．研究的背景

1．1．2．研究的现状

1．2．研究的内容和意义

1．2．1．研究的主要内容

1．2．2．研究的意义

1．3．技术流程和论文结构安排

1．3．1．技术流程

1．3．2．论文关键技术

1．3．3．论文结构安排

第二章 双目系统理论基础

2．1．共线条件方程

2．1．1．空间后方交会

2．1．2．光线束平差方程

2．1．3．空间前方交会

2．2．共面条件方程

2．2．1．相对定向原理

2．2．2．核线几何

2．3．相机检校理论

2．3．1．相机检校的目的和内容

2．3．2．畸变参数模型

2．3．3．相机检校方法

2．4．旋转矩阵与四元数

2．4．1．四元数构造旋转矩阵

2．4．2．基于四元数的相对定向

2．5．像点匹配测度

2．5．1．基于相关的匹配测度

2．5．2．影像匹配精度

2．6．三维计算模型

第三章 双目硬件设计与实现

3．1．双目硬件构造

3．1．1．相机选择

3．1．2．基线长度设计

3．1．3．垂直基线设计与论证

3．2．检校场建立

3．2．1．室外检校场的布设

3．2．2．检校场的测定和拍照

3．2．3．检校场的实现过程

第四章 双目算法设计与实现

4．1．算法概述

4．1．1．检校模块

4．1．2．测量模块

4．2．标靶定位算子设计与实现

4．2．1．定位算子概述

4．2．2．设计实验

4．3．检校算法及实现

4．4．相对定向方案及实现

4．4．1．定向方案的设计

4．4．2．相对定向方案实现

4．5．前方交会设计与实现

第五章 双目系统测距实验

5．1 软件介绍

5．1．1 软件开发工具介绍

5．1．2 自建数据结构

5．1．3 软件运行

5．2 摄距与测距精度实验

5．2．1 实验设计

5．2．2 数据分析与结论

5．3 电力线测距实验

第六章 总结

6．1 完成的任务

6．2 存在的问题

6．3 视觉系统应用展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及参加的科研项目