一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置制造方法及图纸

本申请公开了一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，装置包括：立体视觉系统，其包括至少两个大视场摄像机，其视场的交集覆盖被测区域，用于测量被测区域内的被测对象的靶标的低精度的三维位置；多个小视场摄像机，其视场的并集覆盖被测区域，用于对被测对象进行成像；以及数据处理部件，其连接到立体视觉系统和多个小视场摄像机，用于根据所述立体视觉系统测出的被测对象的低精度的三维位置，确定被测对象位于所述小视场摄像机中的哪些的视场内，进一步根据被测对象在这些小视场摄像机中的图像位置，确定被测对象高精度的三维位置。

【技术实现步骤摘要】
一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置
本专利技术属于立体视觉摄影测量领域，涉及多分辨率大视场角高精度摄影测量装置及测量方法，特别涉及基于不同空间分辨率而布置组合相机的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置及测量方法。
技术介绍
物体空间三维坐标测量能够应用在多个领域。物体三维坐标测量可以使用三坐标仪、激光测量以及立体视觉测量等途径实现。其中三坐标仪与激光测量比传统摄影测量的测量精度高。与摄影测量相比，三坐标仪与激光测量一般不能对多个点进行同时测量，顺序测量的效率很低，更重要的是，不能对动态系统进行测量。现有的立体视觉测量方法在测量场布置多台相机(摄像机)，相机与被测物体之间的相对角度不同(各个相机的光轴方向不同)，被测物体在不同相机图像投影形成相差。立体视觉算法可以利用相差计算被测物体的空间三维坐标。传统的立体视觉测量仪器大多受制于其装备的摄影测量工作台，不能对大型目标进行测量。现有摄影测量系统的测量精度取决于摄影仪器的分辨率、仪器与被测物体之间的空间相对位置。在需要进行多站交会测量的摄影测量系统中，测量基站的分布也对测量精度有很大影响。为了提高测量精度，可以通过提高摄影仪器的图像分辨率来实现。然而，图像分辨率的提高受到诸多方面因素的限制。首先，提高图像分辨率需要更高分辨率的图像传感器。其次，高图像分辨率还受到光学系统的限制。更重要的是，高图像分辨率将导致摄影测量系统需要处理的数据量激增。在动态测量中，海量数据的处理需要专门的硬件系统，仪器成本显著增加，经济性不好。另一方面，传统的摄影测量装置和方法难以同时实现大视场角和高精度测量。通过减小相机镜头的焦距，能够增加相机的视场角。与此同时，相机的空间分辨率下降，导致测量精度降低。反之，增大相机镜头的焦距可以提高空间分辨率，但相机的视场角将会减小。使用高分辨率的相机还存在海量数据难以传输、存储和计算处理等问题。这是制约大型构件和设备的动态视觉测量的主要技术难点。在对大型测量场进行监测的过程中，尽管指示测量点的测量靶标仅仅是图像的一小部分，但是传统测量系统仍需要对所有的图像投影进行采样，这样将产生大量冗余数据，导致计算机处理数据量大、工作效率低下等问题。使用大视场角立体视觉相机计算获得的三维坐标为高精度测量极大地缩小了图像投影采样范围，降低了系统的数据量。
技术实现思路
针对实际应用对高精度大视场角测量的需求，本专利技术致力于解决摄影测量中大视场角与空间分辨率之间的矛盾，并能够提供大视场角、高分辨率、高测量精度的能力。本专利技术能够减小高精度摄影测量系统需要处理的数据量，降低高精度摄影测量系统面临的数据采集、传输和处理的压力。根据本专利技术的实施例的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置包括各自具有不同焦距的镜头的多个相机，能够对大型测量场内的多个被测点进行同时测量，适用于大型工件生产、大型产品装配以及大型产品试验测试等。在基本原理保持不变的同时改变大视场角相机和小视场角高分辨率的镜头参数，也可实现近距离超高精度测量。有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置及测量方法。本专利技术的主要目的是在大视场范围内进行高精度测量。装置主要由大视场角立体视觉系统以及小视场角摄像机组成。立体视觉系统能够通过计算得到低精度的被测靶标的三维坐标。根据被测靶标的三维坐标，计算其在某个或者某几个小视场角摄像机中的图像投影。在多个小视场角摄像机的靶标图像投影中计算获得靶标在高分辨率图像中的二维图像坐标和靶标描述。随后，利用靶标匹配结果进行立体视觉计算，获得高精度的靶标空间三维坐标。在测量过程中，对不同的小视场角摄像机可以根据测量场内的光照情况和靶标深度信息进行不同的曝光设置，获得高动态的二维图像。根据本专利技术的实施例，提供了一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，包括：立体视觉系统，其包括至少两个大视场摄像机，其视场的交集覆盖被测区域，用于测量被测区域内的被测对象的靶标的低精度的三维位置；多个小视场摄像机，其视场的并集覆盖被测区域，用于对被测对象进行成像；以及数据处理部件，其连接到立体视觉系统和多个小视场摄像机、和/或其它的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，用于根据所述立体视觉系统测出的所述靶标的低精度的三维位置，确定所述靶标位于哪个或哪些小视场摄像机的视场内，其中，所述数据处理部件被配置为：如果所述靶标仅位于所述小视场摄像机中的一个的视场内，则确定所述靶标位于另一个多分辨率大视场角高精度摄影测量装置中的哪个或哪些小视场摄像机的视场内，其中所述另一个多分辨率大视场角高精度摄影测量装置中的多个小视场摄像机的视场的并集也覆盖被测区域，之后，在所述靶标处于其视场内的小视场摄像机所获得的高分辨率图像中进行高精度的靶标检测，获得靶标的高精度二维图像坐标、以及靶标描述，并根据靶标描述进行靶标匹配，根据匹配结果，获得所述靶标的高精度的三维位置。本专利技术的有益效果主要在于：由于不需要研制超高分辨率的单个相机，该装置的生产成本较低，多个相机可以采用同样型号的产品，批量采购进一步降低了装置的成本。在测量过程中，经过标定的装置可以顺利地进行测量。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置的单台装置示意图。图2示出了根据本专利技术的实施例的两台立体视觉相机的基线。图3示出了根据本专利技术的实施例的立体视觉相机的视场范围。图4是根据本专利技术的实施例的多台装置对测量场进行高精度测量的示意图。图5是根据本专利技术的实施例的单台装置对测量场进行低精度测量的示意图。图6是根据本专利技术的实施例的利用一个平面对三维空间进行分割的示意图。图7是根据本专利技术的实施例的利用4个平面可以确定某个三维空间点是否在高分辨率相机的视场范围的示意图。图中的附图标记说明如下：1大视场角立体视觉左相机；2-6小视场角高分辨率相机；7大视场角立体视觉右相机；8-17小视场角高分辨率相机。具体实施方式下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本专利技术的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本专利技术的原理的示例、而不意味着任何限制。本专利技术能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本专利技术的原理和精神即可。另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。实现上述目标的基本途径是采用多空间分辨率的相机系统，其包括具有相同的成像平面的多个相机。假设各个相机的图像传感器的像素数目相同，在安装不同焦距的镜头后，相机的空间分辨率将发生变化。简而言之，安装较短焦距镜头的相机的空间分辨率较低，但是其视场角较大；安装较长焦距镜头的相机的空间分辨率较高，然而其视场角较小。装置使用安装短焦距镜头的两台相机形成立体视觉系统，以获得较大的视场角，能够对整个测量场内的被测物体进行采样(拍摄)；其它相机安装较长焦距的镜头，每个相机覆盖测量场的一部分，对其覆盖的测量点进行测量。安装短焦距镜头的立体视觉相机系统能够计算得到被测点的三维空间坐标。尽管这些坐标的计算精度不高，但是可以为小视场角高分辨率相机提供高精度测量的基础。由于被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，包括：立体视觉系统，其包括至少两个大视场摄像机，其视场的交集覆盖被测区域，用于测量被测区域内的被测对象的靶标的低精度的三维位置；多个小视场摄像机，其视场的并集覆盖被测区域，用于对被测对象进行成像；以及数据处理部件，其连接到立体视觉系统和多个小视场摄像机、和/或其它的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，用于根据所述立体视觉系统测出的所述靶标的低精度的三维位置，确定所述靶标位于哪个或哪些小视场摄像机的视场内，其中，所述数据处理部件被配置为：如果所述靶标仅位于所述小视场摄像机中的一个的视场内，则确定所述靶标位于另一个多分辨率大视场角高精度摄影测量装置中的哪个或哪些小视场摄像机的视场内，其中所述另一个多分辨率大视场角高精度摄影测量装置中的多个小视场摄像机的视场的并集也覆盖被测区域，之后，在所述靶标处于其视场内的小视场摄像机所获得的高分辨率图像中进行高精度的靶标检测，获得靶标的高精度二维图像坐标、以及靶标描述，并根据靶标描述进行靶标匹配，根据匹配结果，获得所述靶标的高精度的三维位置。

【技术特征摘要】
1.一种多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，包括：立体视觉系统，其包括至少两个大视场摄像机，其视场的交集覆盖被测区域，用于测量被测区域内的被测对象的靶标的低精度的三维位置，其中，所述多个大视场摄像机中的每个对应一组小视场摄像机，每组小视场摄像机的视场的并集分别覆盖其对应的大视场摄像机的视场；数据处理部件，其连接到所述立体视觉系统和所述小视场摄像机，用于根据靶标在所述多个大视场摄像机中的每个的成像位置，测出所述靶标的低精度的三维位置，并由此确定所述靶标位于哪些小视场摄像机的视场内，并用于在多个小视场摄像机所获得的包含所述靶标的多个高分辨率图像中进行高精度的靶标检测，获得靶标的高精度二维图像坐标以及靶标描述，并根据靶标描述进行靶标匹配，根据匹配结果，获得所述靶标的高精度的三维位置。2.根据权利要求1所述的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，其中，所述多个大视场摄像机包括水平左右布置的两个大视场摄像机，其中，所述多个小视场摄像机围绕着所述大视场摄像机排列成阵列。3.根据权利要求2所述的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，其中，所述大视场摄像机是短焦距摄像机，所述小视场摄像机是长焦距摄像机。4.根据权利要求3所述的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，其中，根据如下过程布置每个所述大视场摄像机所对应的所述多个小视场摄像机：将位于阵列的左上角的小视场摄像机的左侧视场范围设置在所述大视场摄像机的视场范围左平面的外侧，或者与所述大视场摄像机的视场范围的左平面平行，并且上侧视场范围设置在所述大视场摄像机的视场范围上平面的外侧，或者与所述大视场摄像机的视场范围的上平面平行；向右依次布置一行小视场摄像机，以共同覆盖所述大视场摄像机的左右方向的视场范围；根据上述过程，逐行布置小视场摄像机，以共同覆盖所述大视场摄像机的上下方向的视场范围。5.根据权利要求4所述的多分辨率大视场角高精度摄影测量装置，其中，所述小视场摄像机的数目取决于其与所述大视场摄像机的焦距之比，所述小视场摄像机的数目可以通过以下公式得到：C_number的最小值服从其中C_number是所述小视场摄像机的数目；V_stereo是所述立体视觉系统的视场范围；Vih是单个小视场摄像机的视场范围；为小视场摄像机的视场范围最小探测深度；为所述立体视觉系统的最小探测深度。6.根据权利要求5所述的多分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君秋，张振伟，杨超，甘志超，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所，中国航空工业集团公司基础技术研究院，中航高科智能测控有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11