基于正交柱面成像相机空间后方交会的三维坐标测量方法

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题,提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成,应用空间后方交会原理,无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程,设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程,并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机3 m的1 000 mm1 000 mm1 000 mm空间内,在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm,深度方向的距离测量精度优于0.7 mm,三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明:该方法有效,可被灵活应用,具有良好的测量精度。     

三维拼接在大尺寸视觉测量中的应用

为测量大型物体,提出了三维拼接方法,给出了视觉测量和三维拼接方法的基本原理,并完成了相应的实验验证。利用该方法完成了轻型可展开微波天线的面形测量,面形尺寸为3m×6m。     

基于平面镜成像的单相机数字图像相关三维全景测量

针对普通单相机数字图像相关(DIC)系统仅能测量目标面内变形信息的问题,本文提出了一种采用单相机DIC系统实现三维全景测量的方法,即：根据多平面镜成像原理,被测目标的前后表面成像在一个共同的视场内,两个光路分别成像在两个平面镜中,将单相机扩展为4台虚拟相机,实现三维全景测量。为了更好地完成虚实像转换,实验之前对平面镜表面进行三维重建,分别采用动态、静态实验对该方法的可行性及精度进行验证。结果表明：在动态拉伸测试中,4个子区域有着相近的变化趋势,工程应变普遍分布在0.0125左右,且位移精度较高;在静态实验中,对决策币的前后表面进行三维重建,重建结果与决策币形貌相吻合。     

基于光电扫描的三维坐标测量系统

wMPS测量系统是一种新型的基于光电扫描的坐标测量系统,当系统工作时,激光测站分布在测量空间四周,扫描信号覆盖整个工作空间,位置传感器通过扫描信号测量与多个测站之间的方位角计算三维坐标.与其他测量系统相比,具有能够同时跟踪测量多个目标、抗干扰能力强、自动化程度高、简单易用等特点,适用于现场条件下的大尺寸测量.针对数字化...     

采用光平面交汇的大尺寸坐标测量方法

工业大尺寸测量中常用的经纬仪、跟踪仪等多站式测量系统大多使用基于空间球坐标系的角度交汇测量方式.由于这种测量方法对测站轴系结构有严格的要求,导致现有的测量设备制造成本高、组装困难,并使最终测量结果受轴系误差影响较大.介绍了一种基于光平面交汇的多站式大尺寸测量方法.采用分布于工作空间内的多台激光发射站及接收器测量待测点坐标.建立了基于双旋转激光平面的单发射站数学模型,推导了接收器三维坐标计算公式并对基于光束平差原理的测站定向方法进行了讨论.新方法降低了对测站轴系精度的要求,提高了可靠性.实验结果证明:新方法的测量精度优于0.2 mm.     

月球轨道器光学线阵相机成像仿真方法与实现

月球影像图获取和形貌测绘是探月任务的首要目标,是后续探测任务的重要基础.为对月球轨道器和相机参数进行验证,本文对月球轨道器光学线阵相机成像进行仿真:首先模拟卫星轨道和姿态,基于共线方程建立严密的相机几何成像模型;结合月球DEM和正射影像资料,研究并实现了月球轨道器相机成像仿真算法,迭代求解月面投影点坐标,用双线性内插法...     

三维相机的发展

在研制新产品时 ,有两条并行研发路线 :传统的或“实”的 ,和新的计算机辅助的或“虚”的。传统路线是研制原型样机 ,用来测试产品强度、功能和可视外观。在虚的路线中研制数字 (CAD)模型 ,能用计算机模拟 ,例如有限元分析 (FEA)和其他工具作完整的测试。对于从现实世界到虚拟世界的转换 ,需要某种三维相机。模型的形状应同视觉外表、材料性质等进一步的数据一起测定。为此我们在光飞行 (Light- in- Flight)技术上研制电子记录技术。该技术具有全息照相术的全部优点 ,即除形状外 ,与干涉信息一起也有可能测量有多少光从物体不同部分反射回来 ,它能给出物体的机械数据。能用于如目视观察并给出对虚拟的现实系统的触觉信息 ,即当人们接触物体时物体是如何被感知的。     

大尺寸三维形貌测量中同名非编码点的精确配准

双目立体视觉测量技术以其测量速度快、精度高、自动化程度高等优势,成为一种有效的大尺寸三维形貌测量实现方法.然而,视觉传感器受到视场的限制,无法通过一次测量获得大尺寸型面的整体形貌,需要通过基于全局控制点的单元数据立体拼接实现.针对大尺寸三维形貌测量系统中全局控制点配准的特点,介绍了一种非编码点的精确配准技术,以满足大尺寸三维形貌测量中不同测站下全局控制点百分之百正确配准的要求.此方法在利用对极几何约束获得粗配准结果的基础上,采用同一测量区域的3幅图像进行二次配准.实验结果表明:基于对极几何约束的粗配准的正确配准率是46.55%,利用3幅图像精配准的正确配准率是98.28%.此方法适用于大尺寸三维形貌测量,能够简单、快速、有效地提高全局控制点的正确匹配率.     

基于激光扫描的大尺寸圆锥体几何测量系统

针对大尺寸圆锥体工件的几何形貌,提出将三维激光扫描和虚拟环境引导定位结合的快速几何参数测量系统。该系统由两个固定的激光扫描仪高速获取工件两端上表面的关键轮廓,并依据端面特点构造垂直和水平的虚拟基准面,从而生成三维虚拟测量模型;通过高度特征变化识别端面端点位置,结合空间投影和最小二乘原理拟合出端面的圆心位置和直径大小;由空间圆心几何关系计算出锥体高和半角。利用该系统对几种典型的大尺寸圆锥体进行检测,得到端面直径和锥体高的检测分辨力为10μm,检测精度为100μm,锥体半角检测分辨力为0.001°,检测精度为0.010°。实际运行结果表明,该设计系统结合人机交互界面,能很好满足在线生产中对大尺寸锥体工件几何参数检测要求。     

基于深度测量的三维成像技术

由于三维（3D）成像技术有着广泛的应用,尤其是在信息和生命科学领域的应用,因此越来越受到人们的关注。这些技术大致可分为两类:基于光线的三维成像技术和基于波前的三维成像技术。传统成像技术存在系统装置复杂和成像质量不尽人意等问题,极大限制了其在相关领域的应用,因此基于深度测量的三维成像技术越来越受到重视。文中概述了基于深度测量的三维成像技术,分别详细描述了基于深度测量三维成像的光线场和光波场的相关技术,给出了光线场和光波场成像技术之间的联系,基于这些描述和分析,给出了基于深度测量三维成像研究领域的研究方向。     

激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统

现今随着大型工件制造、装配需求的增加,对此类产品的制造装配精度的需求也在不断地提高。高精度的测量和控制成为制约高端制造业发展的一个重要因素。对此文中研究了一种基于激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统,该系统由四台绝对距离测量激光跟踪仪和上位机构成,既充分利用了绝对激光干涉测距的精度优势和断光续接的能力,又避免了传统激光跟踪仪角度测量带来的误差。同时,为提高自标定算法的精度,提出并研究了一种依赖距离的残差模型。通过实验表明,该系统实现了在20 m大范围空间内小于20 m的测量误差,测量不确定度为12.3 m。较之单台绝对激光跟踪仪系统的精度有很大的提升,实现了在工业现场在线、高效、精密的三维坐标测量。     

Space-time block codes based on coordinate symmetric orthogonal designs

Space-time block codes based on coordinate symmetric orthogonal designs are proposed. Compared with space-time block codes from complex orthogonal design when the code rate is the same and the transmission rate is fixed, space-time block codes from coordinate symmetric orthogonal design with more transmit antennas can reduce the bit error rate and symbol error rate. Also these new codes have the same low decoding complexity as space-time block codes from complex orthogonal designs.     

针对典型凹腔结构的三维柱面精准成像算法

主动式微波成像技术是以电磁波为媒介观察被测目标散射场并形成图像的手段.传统微波成像算法忽略了电磁波在目标内部结构中的耦合,导致包含多次散射的凹腔结构成像结果中往往伴随着十分严重的成像伪影.本文基于射线追踪原理,推导了圆柱扫描下二面角目标电磁波的传播规律.依据弹跳射线(shooting and bouncing rays, SBR)法中的相关思想,建立了典型凹腔结构的正向和逆向三维散射模型,并设计了完整的数据处理流程.仿真和实验结果表明了所提算法的有效性,为解决更复杂腔体的精准成像问题提供了基础.     

Constructing Internet coordinate system based on delay measurement

In this paper, we consider the problem of how to represent the locations of Internet hosts in a Cartesian coordinate system to facilitate estimation of network distances among arbitrary Internet hosts. We envision an infrastructure that consists of beacon nodes and provides the service of estimating network distance between pairs of hosts without direct delay measurement. We show that the principal component analysis (PCA) technique can effectively extract topological information from delay measurements between beacon hosts. Based on PCA, we devise a transformation method that projects the raw distance space into a new coordinate system of (much) smaller dimensions. The transformation retains as much topological information as possible and yet enables end hosts to determine their coordinates in the coordinate system. The resulting new coordinate system is termed as the Internet Coordinate System (ICS). As compared to existing work (e.g., IDMaps and GNP), ICS incurs smaller computation overhead in calculating the coordinates of hosts and smaller measurement overhead (required for end hosts to measure their distances to beacon hosts). Finally, we show via experiments with both real-life and synthetic data sets that ICS makes robust and accurate estimates of network distances, incurs little computational overhead, and its performance is not susceptible to the number of beacon nodes (as long as it exceeds a certain threshold) and the network topology.     

基于经纬仪和测距仪的空间坐标测量

为了解决全站仪、激光跟踪仪等设备进行空间坐标测量时设备昂贵、存在测量盲点等问题,提出一种基于电子经纬仪和激光测距仪的空间坐标测量方式.用激光测距仪测得激光束所在直线上的几个点到激光测距仪的距离,同时用经纬仪观察这些点,得到各个点对应的水平角和天顶角;数据处理时,首先通过最小二乘法得到经纬仪原点和各个目标点所构成的多根射线所决定的公共平面,然后将这些射线投影到这个公共平面内,得到对应的投影射线;通过这些共面的投影射线和已知的各个目标点之间的距离用最小二乘法得到这些目标点的坐标解,然后拟合得到一条直线,即激光测距仪的光束所在的空间直线解.工作时,通过测距仪测得待测点到测距仪之间的距离,由这根空间直线的表达式方程,即可得到待测点在经纬仪坐标系中的坐标.结果表明,该测量方式可以在一定条件下实现全站仪、激光跟踪仪难以实现的多点动态非接触空间坐标测量.     

基于数码相机的大型物体测量方法研究

工业生产中,常常需要对某些物体的几何参数进行检查、测量,以检查是否满足质量要求。本文提出了一种利用数码相机测量大型物体几何尺寸的方法。介绍了测量原理、相机成像模型、标定原理以及畸变情况,通过直接线性变换（DLT）标定相机内部参数,结合透镜成像的知识,对采集到的序列图像进行测量,计算出建筑的宽度和高度。实验证明,该方法能够克服传统测量方式的缺点,并且获得较为准确的结果,满足工业测量的要求。     

基于地形轮廓面正交分解的三维地形匹配算法

地形辅助导航(TAN)是提高低空(超低空)无人飞行器(UAV)导航精度的一种有效手段.传统的三维地形匹配算法的可靠性差,无法满足工程需求.激光成像雷达能够获得高精度三维数字地形图,有效提高地形匹配辅助导航系统的适应性.文中根据地形轮廓面的正交分解模型,提出了一种适用于激光成像雷达的新型三维地形匹配算法.该算法通过正交分解构造地形特征矢量,通过矢量匹配和在线置信度分析提高地形匹配的可靠性,并进一步结合激光成像雷达和自然地形的特点设计了相应的优化搜索策略.该算法匹配结果置信度高、稳定性好,具有良好的工程应用前景.