数字近景摄影测量关键技术研究与实现

苏州西博三维

对于大型、复杂工件，如汽车覆盖件、飞机蒙皮、船舶壳体、风力发电机叶片及大型设备、模具等，采用传统的接触式测量技术速度慢、量程受限制、操作不方便，有时甚至无法测量。因此对于这类工件的三维尺寸检测一直是工业测量研究的难题。针对这类问题的研究无疑对汽车、航空航天、航海、能动、机械等行业和相关学科发展具有重要的理论意义和工程应用价值。

本文对数字近景摄影测量中的一些关键技术问题进行了研究，开发出一套完整的摄影测量系统。该系统利用从多个角度拍摄的图像序列，可以快速、准确地实现物体表面关键点的三维重建。

主要研究内容：

（1）提出了一种摄影测量系统的实现方案。深入研究了方案中的相关理论，包括共线方程、共面方程、相对定向、绝对定向、后方交会、前方交会、光束平差等。

（2）研究并实现了数字图像的自动化处理。设计了一种能够自动提取其特征的标志点编码方案。利用canny边缘检测法与改进的梯度均值提取亚像素的方法实现了高精度的标志点中心检测，精度达到0.02像素。实现了编码点的快速检测算法，提出的基于梯度的分块检测算法极大的提高了检测速度，对1000万像素的图片检测仅需1-2秒。

（3）研究并实现了数字像机的高精度自标定。分析了像机的畸变规律，采用10参数的数字像机模型，利用光束法自标定实现了像机的高精度标定，与传统的标定方法相比，显著地提高了标定精度。

（4）实现了物体点的三维重建算法。利用多张图片的极线匹配实现了非编码点的高精度匹配，极大的降低了匹配错误率。

在Windows xp环境下，利用VC++6.0开发出了一套摄影测量系统，并对该系统进行了严格的精度验证，精度达到0.1mm/m，与国外同类产品精度相当。该系统已经成功应用于汽车模具等大型工件的生产检测，取得到了很好的效果。

主要研究内容如下：

（1）系统的研究近景摄影测量的理论技术。主要包括坐标系的转换、共线方程、共面方程等基本关系，以及相对定向、绝对定向、后方交会、前方交会、光束平差等算法。对各种算法进行详细的推导及程序验证。

（2）实现数字图像的自动化处理。设计一种能够依据图像处理理论自动提取其特征的标志点编码方案。实现标志点的高精度检测。寻求一种提高标志点检测速度的方法。

（3）实现数字像机的高精度标定。研究数字像机畸变规律。研究并对比各种标定方法。利用光束平差自标定法实现数字像机的高精度标定。

（4）实现物体点准确的三维重建。利用多张图片的极线匹配实现非编码点的高精度匹配，减少匹配错误率。

（5）在对摄影测量理论基础进行详细研究的基础上，在Windows xp环境下利用VC++6.0开发出一套摄影测量系统。仿照国外对摄影测量系统精度验证的方法对该系统进行严格的精度验证。将该系统应用于汽车模具等大型工件的测量当中。

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