组合式测量技术在飞机部件形位检测中的应用

充分结合激光跟踪仪与数字摄影测量系统两者的优点,采用组合式测量手段,通过若干公共点构建统一坐标系,以SA(Spatial Analyzer)软件为计算分析平台,可快速、高效地完成飞机机翼的关键特征点及外形装配质量的检测,同时也拓展了测量系统的应用前景。     

基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体,设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统,并阐述该套测量系统的结构组成和基本工作原理。首先,基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型,计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标,再通过单元模型的链接和光束平差,获取全部角点的精确全局坐标,并将其作为立体定向靶标的全局控制点。然后,设计了利用共面角点辅助定位的探针,仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后,利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵,推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系,进而求得探针测头的全局坐标。以量块（量棒）的标准长度作为评价指标,在2m×1.5m的视场范围内测量精度优于0.1mm。测量实验表明,多视场三维视觉测量系统用于具有回转体结构特征的水壶测量,能够获取水壶表面全部区域的点云数据。     

基于坐标转换的单幅画面测量研究

常规的摄影测量方法一般采用量测照相机,或用非量测照相机进行不同位置两次拍摄画面测量,而对于视频监控拍摄的单幅画面,这些方法无法进行测量计算。利用现场上已有的固定物体或事后安放在现场上的测量装置,建立现实世界的三维坐标系,并把它通过坐标转换,成为监控画面的二维坐标系,采用单幅画面就可以测量和计算出被测物各点的坐标值,从而计算出视频监控图像中嫌疑人的身高、有关物品的大小、肇事车辆的车速。     

逆向设计中基于三维测量系统的快速测量及数据处理

介绍了三维测量系统的组成、原理及其应用实例，系统主要是综合运用了数字图像处理技术、摄影测量技术和光栅测量技术，来快速、准确地测量三维实物表面的几何数据，并且可利用ATOS系统软件处理所测量的点云数据，为产品的快速测量提供了一种快捷的方法。     

摄影测量中圆形目标中心像点计算方法研究

空间圆圆心的像点位置计算是摄影测量系统开发的关键问题之一.透视投影变换把空间圆映射为像平面上的椭圆,而圆中心的像点往往并不是投影椭圆的几何中心.通过分析透视投影过程中的像点误差,提出了一种计算圆中心像点的方法.首先利用空间矩算子对目标投影轮廓进行亚像素边缘定位,接着以光心为顶点、理想的投影轮廓为准线建立椭圆锥,然后在该椭圆锥内构造与之具有投影关系的两个空间圆,并计算它们的法向及中心像点,最后根据标记目标的匹配关系来确定空间圆的平行圆,进而得到其法向以及中心像点位置.实验结果表明,该方法实现了圆形目标中心像点的精确定位,有效提高了三维坐标的重构精度.     

近景摄影测量在三维数据采集中的应用

工业产品的三维数据检测常常使用光栅投影扫描设备获得被测物体精确的表面尺寸.由于其照片拼合依据非编码点三点定位原理,因而在测量大尺寸物体表面时,具有较大的累计误差.通过近景摄影测量方法构建三维测量的非编码点群,是提高三维测量精度的一种有效手段.阐述了近景摄影测量的原理及方法,提出了利用多摄站近景摄影测量结合光栅投影扫描的方法实现大尺寸物体精确测量.以汽车外表面测量为例,通过采用单独使用光栅投影扫描设备与近景摄影测量结合光栅投影扫描两种不同的方法,对大尺寸物体表面测量的结果进行对比,其结果表明,使用近景摄影测量方法不仅提高了扫描效率,而且大幅度提高了大尺寸物体的扫描精度.     

逆向设计中基于三维测量系统的快速测量及数据处理

介绍了三维测量系统的组成、原理及其应用实例,系统主要是综合运用了数字图像处理技术、摄影测量技术和光栅测量技术,来快速、准确地测量三维实物表面的几何数据,并且可利用ATOS系统软件处理所测量的点云数据,为产品的快速测量提供了一种快捷的方法。     

风电叶片动态数据获取及运动分析

将动态摄影测量方法应用于运行中风力发电机叶片在自然风力载荷下关键点的空间坐标动态数据测量中.风电叶片因其独有的形貌特征、运动特点及现场测量环境,令测量面临许多问题.为此提出以风机自身为标定墙及摄影比例尺的动态摄影测量方案,数据处理与风电叶片模态分析数据需求对接.测量所涉及的关键技术有五点法相对定向、单应性匹配、关键点动态数据跟踪分解等.实验结果表明,测量距离在1.5m时,测量运行中风电叶片点空间距离的标准差小于0.637,系统内部测量稳定性良好;与V-Star系统测量值对比,测量运行中风电叶片点空间距离误差优于0.705mm,相比V-Star系统误差扩大10倍;在实地测量中,测量距离在100m时,理论精度可达5em;设备搭建方便快捷,测量数据丰富且测量范围广,满足风力发电机测量需求.     

基于CUDA的动态摄影测量系统关键算法并行设计优化

在动态摄影测量系统中,应用CUDA技术对特征点中心提取的现有并行算法进行分析和优化。针对特征点中心提取的图像预处理算法,利用GPU存储器特性进行优化,使算法的处理时间减少20%-30%。针对ROI区域提取,利用CPU主机端分配锁页内存方法进行优化,在点中心数达到20000时,并行算法比串行算法加速了近6倍。将CUDA并行技术应用于特征点匹配算法,对畸变校正、极线约束和距离判断算法进行了并行设计。试验表明,在特征点数达到20000时,并行算法相对于串行算法的速度提高了4.5倍,有效提高了动态摄影测量系统的处理速度。     

基于单目视觉和激光测距仪的位姿测量算法

基于单目手眼相机和激光测距仪,提出了一种尺寸未知的空间矩形平面的位姿测量算法.该算法不需要知道矩形平面的4个顶点的物体坐标,只需要知道它们的图像坐标、激光点的图像坐标和激光测距结果,就能够计算出尺寸未知空间矩形平面在相机坐标系下的位姿,并且计算出矩形平面的尺寸.通过建立单目手眼相机和激光测距仪的数学模型,对该算法进行了验证.实验结果表明,该算法是有效的,可以应用于机器人对空间物体的跟踪、定位以及抓取.     

基于近景摄影测量技术的汽车跑偏测试系统构建

通过建立近景摄影测量中的空间后方交会和空间前方交会数学模型,实现了相机的标定和车辆目标点由像点坐标到物理坐标的转换.利用LabVIEW视觉模块中自带的丰富的图像处理函数进行编程,以实时控制图像采集和处理,实现车辆目标点像点坐标的准确提取和像、物坐标的精确转换.最后根据汽车行驶跑偏的定义,计算跑偏方向、跑偏量和测试区车速等,并判断测试结果是否符合要求.     

现场大空间测量中精密三维坐标控制网的建立

全局测量与精度控制是超大空间内精密测量的基础,决定着整体测量的性能和适用性。为提高整体空间测量精度,同时解决定向及尺度问题,必须在全局空间内布设高精度测量控制网。三维坐标测量作为几何量测量的重要代表,是建立控制网最直接且约束最强的控制条件。为建立大空间精密三维坐标控制网,采用激光跟踪仪多站位对空间全局控制点进行三维坐标测量,结合奇异值分解算法完成各站位的方位定向,并利用激光跟踪仪极高精度的测距值作为约束,对跟踪仪测角误差进行优化,进一步提高坐标控制网的精度。将该控制网建立方法应用于某飞机机翼表面形貌测量,实现激光跟踪仪全局控制与终端摄影测量的高效组合,以不同若干站位下全局控制点间距离比对结果表明该控制网对现场测量精度和可靠性的提高具有良好效果。     

桥式起重机的近景摄影测量方法研究

与常见的桥式起重机变形检测方法相比,近景摄影测量法具有非接触性、瞬间捕获信息量大且数字图像易存储等优点。文中将近景摄影测量与桥式起重机变形检测相结合,通过DLT(直接线性变换)标定非量测相机,采用序贯分析求解其内方位元素;在桥式起重机上合理布置反光标志点,并使用非量测相机获取数字立体像对;通过软件获得数字图像上各个标志点的坐标仪坐标,采用光束平差法求解标志点的物方坐标,构建桥式起重机三维模型,计算主梁变形量。将近景摄影测量法与水准仪、全站仪方法进行对比,证明基于近景摄影测量的桥式起重机变形检测方法能够满足桥式起重机精度要求,为桥式起重机变形检测提供了一种高效的方法。     

形貌视觉测量中立体拼接靶标的设计及应用

设计了一种正六棱柱形状的立体拼接靶标,以靶标侧面6个棋盘格的角点作为全局控制点。基于近景摄影测量技术,建立立体靶标的6个单元模型,通过计算模型内摄站间的相对位姿,推导出棋盘格角点在所属单元模型的局部坐标。以公共棋盘格为中介,确立相邻单元模型的坐标系转换关系。建立靶标的全局坐标系于1号棋盘格,推导该棋盘格平面与其像平面间的单应性矩阵,从而确立全局坐标系和1号棋盘格所处单元模型的坐标系的转换关系。依次递推实现全局坐标系和每个单元模型坐标系的转换,进而计算出全部靶标角点的全局坐标,再经光束平差算法获取精确值。以玻璃表面棋盘格的角点间距作为评价指标,拼接精度优于0.15 mm/m。基于立体拼接靶标的拼接试验表明,实体模型表面4个子区域的局部点云可被精确地拼接成整体点云。与基于全局控制点和平面靶标的拼接方法相比,本方法亦具有更高的拼接精度。     

工业相机摄影测量图像补偿方法研究

近景动态摄影测量中应用工业相机拍摄图像时,由于多种复杂因素会产生图像边缘灰度衰减的现象,影响目标点识别和像点中心提取精度。通过研究一种针对广角全画幅工业相机的图像灰度补偿方法,以余弦辐射体作为辐射模型,将图像质量劣化因素分为离轴辐射灰度衰减和未知因素灰度衰减并分别补偿。以扩展的误差函数对未知因素灰度衰减模型进行近似,并通过数值方法求解模型参数,得到同图像灰度分布无关的补偿系数矩阵,该方法成功补偿了工业相机的灰度衰减。试验表明,在3.2m×2.5m平面测量环境中,采用AVT GE4900工业相机装配Nikon35毫米定焦镜头进行摄影测量,经补偿后目标点的空间坐标的标准误差、平均误差和最大误差均有近1个数量级的降低,基本满足了该算法对于摄影测量系统精度的改善要求。     

用于工业三维点测量的接触式光学探针

为了快速、准确地获得大尺寸工业产品或带有深槽孔工件的关键点三维坐标,本文基于工业近景摄影测量理论、立体视觉技术等,研究并实现了两种工业便携式、接触式光学探针测量系统。研究了测量系统涉及的探针设计、探针标定以及三维点解算等关键技术,设计了点阵式和手持相机式两种适用于不同工业场合的工业探针。针对点阵式探针的测量,提出了一种用于解算探针坐标系与世界坐标系相对关系的点云匹配方法。此外,采用拟合虚拟球的方法准确标定了两种探针的内部参数。最后,通过对比标准球与三坐标测量机的测量结果,得到系统的测量精度可达0.1 mm/m。该精度满足一般大、中型工件的三维点测量精度标准。     

Station-transfer measurement accuracy improvement of laser tracker based on photogrammetry

Laser tracker has been used in a diverse range of applications due to its high accuracy and efficient, specifically as measuring the coordinates of points or scanning shape of objects. In real applications, we often need to measure common points on multi-stations by using this technology if objects are large scale. To ensure every common point within the range of laser tracker, common points are usually placed far from the laser tracker. However, the long distance between common points and laser tracker will decrease the accuracy of the result. In this research, we proposed a new method where photogrammetry and laser tracker are integrally used to measure common points to reduce measurement error. With the help of photogrammetry, we first constructed the geometric constraints of common points. Then, by using graphic correction method, the coordinates of common points on laser tracker will be corrected. Both of the theoretical and experimental study results indicated the great success of improving the measurement accuracy of laser tracker. We consider that this method we reported can highly increase the accuracy of measurement on laser tracker station-transfer.     

Volumetric error modelling of a stereo vision system for error correction in photogrammetric three-dimensional coordinate metrology

Optical three-dimensional coordinate measurement using stereo vision has systematic errors that affect measurement quality. This paper presents a scheme for measuring, modelling and correcting these errors. The position and orientation of a linear stage are measured with a laser interferometer while a stereo vision system tracks target points on the moving stage. With reference to the higher accuracy laser interferometer measurement, the displacement errors of the tracked points are evaluated. Regression using a neural network is used to generate a volumetric error model from the evaluated displacement errors. The regression model is shown to outperform other interpolation methods. The volumetric error model is validated by correcting the three-dimensional coordinates of the point cloud from a photogrammetry instrument that uses the stereo vision system. The corrected points from the measurement of a calibrated spherical artefact are shown to have size and form errors of less than 50 μm and 110 μm respectively. A reduction of up to 30% in the magnitude of the probing size error is observed after error correction is applied.     

Large field-of-view deformation measurement for transmission tower based on close-range photogrammetry

The loading capacity of transmission towers cannot be calculated accurately only by finite element analysis (FEA) method. Traditional displacement sensors and strain gauges are not suit due to larger measuring range. In this paper, a novel system based on close-range photogrammetry technology (CPT) is proposed for tracking the 3D deformation of transmission tower during loading test. Artificial markers are pasted on the deformation area before loading. The 3D coordinates of these markers are reconstructed by using CPT methods at each stage, and the coordinate systems of different stages are registered together by means of global transformation points. The whole field 3D deformation under different load level is then obtained by tracking the homonymous markers among different stages. It is helpful for further analysis of the failure mechanism and mechanical properties of steel structures. The effectiveness of the proposed system is demonstrated by retrieving a full-scaled transmission tower deformation during loading test. A feasible solution for improving the load carrying capacity of the tested transmission tower is discussed. Evaluation experiment results indicate that the proposed method could achieve accuracy of 0.1 mm/m.     

测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时,需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时,首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态,然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵,得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义,根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系,利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法,多次测量结果表明,最大标定误差为1.011 6",优于2"(1σ),满足立体测绘精度的要求。