现场条件下大空间3D精密定位原理与方法研究

摘要

论文根据传统视觉测量中图像传感器受分辨率和视场的限制，无法实现现场条件下大尺寸物体高精度测量的缺点，研究了一种实现现场条件下大尺度空间内三维点精密定位的方法，为解决传统视觉测量中测量范围与测量精度之间的潜在矛盾提供了一种有效的途径。该方法在空间待测点处设置可视特征，称为全局控制点，利用近景摄影测量手段获取被测信息，通过高精度图像处理技术、全局控制点自动精确配准技术和基于光束交汇的光束平差技术，从而恢复全局控制点的三维信息。此方法操作灵活自由，能够很好地应用于现场条件下大尺寸物体的测量，测量速度快，自动化程度高，测量精度高。 论文从理论原理和实现方法两方面对现场条件下大尺度空间精密定位进行了研究，并完成了相应的实验验证。论文的主要工作如下： 1.研究了一种实现现场条件下大尺度空间三维点精密定位的方法。该方法以近景摄影测量中光束平差技术为技术核心，仅利用单摄像机和全局控制点、基准尺等辅助测量设备即可完成测量。 2.设计了全局控制点的实现方案。以少量的编码标志点与大量的非编码标志点配合使用；完成了编码点与非编码点的设计工作，包括编码点与非编码点的尺寸、形状、制作材料、编码点的编码方式和编码容量。 3.研究了全局控制点的检测算法。全局控制点的检测算法包括现场条件下所拍摄测量图像的预处理算法，非编码点定位中心的精密提取算法和编码点编码值的自动正确识别算法。 4.研究了不同测量图像中同名非编码点的自动精确配准算法。研究了基于对极几何约束关系的粗配准算法，分析了基于对极几何约束的配准中对极斜率的误差对配准结果的影响，并在此基础上研究了利用三幅图像的精配准算法。 5.在近景摄影测量理论的基础上，讨论了光束平差约束方程组的建立方法与求解方法。 6.设计了系统实验，包括全局控制点的检测实验、非编码点自动精确配准实验和系统整体测量精度验证实验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 现场条件下大空间3D精密定位的实现方法

1.3 国内外的研究与应用现状

1.4 本论文的研究目的及主要工作

第二章 全局控制点的设计与检测

2.1 全局控制点的设计思路

2.2 非编码点的设计与检测

2.2.1 非编码点的设计

2.2.2 非编码点的检测算法

2.3 编码点的设计与检测

2.3.1 编码点的设计

2.3.2 编码点的检测算法

2.4 全局控制点检测的算法流程

2.5 本章小结

第三章 非编码点的自动精确配准技术

3.1 对极几何约束关系

3.2 基于对极几何约束的粗配准

3.2.1 基本矩阵的解算

3.2.2 基本矩阵的优化

3.2.3 排序法获取粗配准结果

3.3 利用三幅图像的精配准

3.3.1 单一极线约束中对极斜率的误差分析

3.3.2 利用三幅图像的二次精配准

3.4 本章小结

第四章 光束平差

4.1 光束平差法的理论基础

4.1.1 数字近景摄影测量

4.1.2 常用坐标系

4.1.3 像片的内方位元素和外方位元素

4.1.4共线条件方程

4.2 光束平差约束方程组的建立和求解

4.3 平差初值的获取

4.4 本章小结

第五章 系统实验与结果

5.1 实验准备

5.2 实验过程及结果

5.2.1 图像预处理实验及结果

5.2.2 编码点局部区域校正实验

5.2.3 编码点编码值自动识别实验

5.2.4 非编码点自动配准实验

5.2.5 系统三维坐标测量实验

5.3 本章小结

第六章 全文总结与工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢