本文關(guān)鍵詞：基于近景攝影測量的高精度姿態(tài)測量研究

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【摘要】：近景攝影測量一般應(yīng)用范圍都在1~20米之間,在針對約100米距離的物體進(jìn)行姿態(tài)測量時,因?qū)嶋H應(yīng)用中操作難度較大故研究的不多,本文著眼于相機內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定、合作標(biāo)志物的自動識別、合作標(biāo)志物的高精度擬合提取、高精度姿態(tài)測量等許多實際性的問題開展深入研究,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個高精度姿態(tài)測量系統(tǒng),實現(xiàn)對繞著固定旋轉(zhuǎn)點進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)姿態(tài)測量。本論文首先針對100多米處難以進(jìn)行相機外參數(shù)標(biāo)定,提出先將焦距保持在被測物體端,而后調(diào)整光圈獲得清晰的近處標(biāo)定版圖片,完成相機內(nèi)參數(shù)標(biāo)定,設(shè)計了一種標(biāo)定靶桿,將其放置在攝影測量儀近端,處理得到標(biāo)定靶桿上的合作標(biāo)志點坐標(biāo)的圖像坐標(biāo)和測試場坐標(biāo),采用張正友的基于多平面成像方法完成相機外參數(shù)標(biāo)定。設(shè)計并分析此外參數(shù)標(biāo)定方法的參數(shù)模型,得到影響外參數(shù)的所有影響因子,在仿真實驗中研究每個影響因子的作用大小,在實踐中進(jìn)行驗證,并根據(jù)實際要求對大地測量等提出精度要求。分析近端的相機參數(shù)標(biāo)定和遠(yuǎn)端的姿態(tài)測量時不同的背景和成像條件,統(tǒng)一前期圖像預(yù)處理方案,通過3ds Max仿真實驗設(shè)計合作標(biāo)志點的粘貼方案,綜合基于知識和基于不變量的目標(biāo)識別提取方法,研究出合作標(biāo)志點及其編碼帶的最佳提取方法,并在幾何擬合等基礎(chǔ)上考慮灰度圖像的邊緣漸變性,提出了基于灰度導(dǎo)數(shù)加權(quán)的橢圓擬合算法,在仿真試驗中驗證其誤差精度提高了0.02~0.03像素,使得實時性、準(zhǔn)確性和精度上同時滿足了實驗要求。研究了數(shù)據(jù)平差的幾種不同數(shù)學(xué)模型和稀疏光束平差算法,并結(jié)合相機參數(shù)標(biāo)定、橢圓擬合、臨時坐標(biāo)系的建立、目標(biāo)姿態(tài)測量等實際應(yīng)用中的需要分別進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,設(shè)計相關(guān)優(yōu)化算法,提高了實驗精度。深入研究了單目測量和雙目交會的數(shù)學(xué)模型,完成對攝影測量儀、標(biāo)定靶桿等設(shè)備的布站,根據(jù)實際應(yīng)用中的情況提出兩種姿態(tài)測量方法相結(jié)合完成整個旋轉(zhuǎn)過程中目標(biāo)的姿態(tài)測量,定量分析了飛行器姿態(tài)精度的所有影響因子的作用大小;提出將每個相機成像中的所有合作標(biāo)志點進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,利用稀疏光束平差算法進(jìn)行最優(yōu)化平差,在提高姿態(tài)測量的精度的同時也滿足了實時性要求,尤其單目測量時效果明顯。在實際應(yīng)用中完成了攝影測量儀、發(fā)送光端機、接收光端機、PC機等設(shè)備的聯(lián)調(diào),測試了多功能串口卡、圖像采集卡、鏡頭控制卡等硬件板卡的功能,實現(xiàn)了對相機、鏡頭、激光器和云臺的相關(guān)操作并完成了其精度調(diào)試實驗。在外場完成了相機內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定實驗、遠(yuǎn)距離合作標(biāo)志物模擬驗證實驗、目標(biāo)坐標(biāo)系建立實驗等,對相關(guān)實驗結(jié)果進(jìn)行誤差分析,同時對整個系統(tǒng)的方法進(jìn)行了驗證。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41

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