基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法技术

一种基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法，首先在大尺寸测量区域均匀分散布置编码点、普通标志点、球形反射靶标，基于测量误差的高斯性，采用激光跟踪仪近距离重复观测球形反射靶标的三维坐标，利用上述三维坐标重建贯穿测量空间的交叉的虚拟基准尺；然后，将摄影靶标等效替换球形反射靶标，采用单相机移动多站测量方式，全覆盖测量整个空间，通过多组像片解算空间内所有点三维坐标；最终采用大尺寸交叉虚拟基准尺进行整体光束平差迭代优化求解关键点三维坐标，实现测量点坐标的优化赋值。本发明专利技术能够有效降低大尺寸摄影测量过程中基于局部单个物理基准尺约束的测量误差。该方法可显著提高大尺寸构件的全局精度精度，具有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法


[0001]本专利技术属于几何量测量领域，涉及一种基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法。

技术介绍

[0002]大型装备核心构件的制造精度直接影响装备的整体性能，以测量数据为驱动的数字化制造技术，逐步改变了以模板、刻线为约束的传统制造方法。然而，随着构件尺寸越来越大、精度越来越高、效率越来越高，构件制造技术对大尺寸测量精度、效率提出了极高的要求。大型构件加工、装配过程中往往需要对关键特征面、关键特征点进行大尺寸快速高精测量。目前，以激光跟踪仪、摄影测量、iGPS、激光雷达为典型代表的大尺寸测量仪器被广泛用于大型构件的制造过程。然而，激光跟踪仪虽然单点测量精度高，但单次仅能测量一点且测量视线极易被遮挡，适用于现场较少遮挡且无高效率要求的测量过程。iGPS依靠多个发射站和接收站的配合使用，可实现十米级乃至更大尺寸的测量，但测量精度仅亚毫米～毫米级。激光雷达可以实现面形的快速扫描测量，适用于大尺寸面形测量，但是测量数据往往很大、难以适用于大型构件特定位置点的三维测量。相比上述多种最为典型的测量技术及仪器，摄影测量以便携、群点快速测量、精度高等特点，在大型构件关键特征的高精高效测量方面表现出较大优势和应用潜力。但是，随着测量尺寸的进一步扩展，其测量精度随距离的增大而降低，大尺寸构件关键特征的测量精度受到了制约。因此，必须研究大尺寸范围内摄影测量精度提升方法，以保障测量范围进一步扩展时的摄影测量精度。
[0003]针对激光跟踪仪与摄影测量的融合测量，爱佩仪测量设备有限公司在专利《数字摄影测量仪及结合激光跟踪技术的数字摄影测量系统》，专利号CN 201310028260.5中，公开了一种可有效改善因空气扰动对数字摄影测量准确度带来不利影响的结合激光跟踪技术的数字摄影测量系统。但该方法没有补偿大尺寸测量条件下的拼接造成的误差。针对激光跟踪仪与摄影测量的大尺寸融合测量，南京航空航天大学的汪俊等人，在专利《一种用于飞机数字化装配的多相机组网定位标定方法》，专利号CN 202010597562.4中，公开了一种用于飞机数字化装配的多相机组网定位标定方法。但该方法依靠激光跟踪仪进行全局空间场的建立，存在测量效率低的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，专利技术一种基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法。该方法首先在大尺寸测量区域均匀分散布置编码点、普通标志点、球形反射靶标，然后基于测量误差的高斯性，对特定靶标点进行全局近距离重复观测，利用上述三维坐标重建贯穿测量空间的交叉的虚拟基准尺；然后，将特定靶标点等效替换摄影测量靶标，采用单相机移动多站测量方式，全覆盖测量整个空间，通过多组像片解算空间内所有点三维坐标；最终采用大尺寸交叉虚拟基准尺进行整体光束平差迭代，优化求解关键点三维坐标。本专利技术能够有效降低大尺寸摄影测量过程中基于局部小尺寸单一物理基准尺约束引
起的测量误差。该方法可显著提高大尺寸构件的全局测量精度，具有广阔的应用前景。
[0005]本专利技术采用的技术方案是基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法，其特征是：该方法统筹测量空间尺寸、摄站位置、测点反光特性等，规划摄站分布与激光跟踪仪测量站位、均匀离散布置空间靶标点；然后，基于测点误差高斯特性分布，激光跟踪仪近距离重复观测基准点并重建贯穿测量空间的交叉全局虚拟基准尺；下一步，等效替换为摄影靶标，进行单摄站移动式多站光束平差测量；最后，以全局虚拟基准尺为约束，对关键点坐标进行光束平差优化求解。该方法具体步骤如下：
[0006]第一步，大尺寸范围内多源靶标点的均匀分散布局
[0007]激光跟踪仪测量点为球形反射靶标SMR点，相机的测量点为标志点与编码点，其中标志点分为贴片形与半球形，半球形标志点与SMR点安装在公共底座上可互相替换，二者的中心在空间上完全重合；
[0008]为了获得高质量的准二值化图像，根据测量距离选择对应大小的标志点与编码点；在距离小于4m和大于4m时，分别选直径为3mm和6mm的贴片形标志点与编码点；在测量空间内均匀布设a个覆盖全局的SMR点，按网格式均匀布设编码点，在球形反射靶标周围环形布设标志点，SMR点、编码点与贴片形标志点在布设时候不重合；基于摄影位置约束规划摄站分布，使图像交会角度在50
°
到70
°
之间；规划激光跟踪仪测站位置，使其与所有的SMR点的距离之和尽可能小；
[0009]第二步，贯穿测量空间的交叉全局虚拟基准尺重建
[0010]通过激光跟踪仪近距离重复观测所有SMR点的角度与长度，基于测量误差的高斯分布特性求解特征点的角度和长度的平均值其中，下标i为SMR点的编号，下标k为对同一个SMR点重复观测的序号，α为水平角，β为垂直角，l为测长；然后基于球坐标系与笛卡尔坐标系转换原理，求解所有SMR点在笛卡尔坐标系下的三维坐标如公式(1)；
[0011][0012]将激光跟踪仪测得点集数据导入数据处理软件中，计算B
i
至B
j
的点距，i≠j，得到SMR点距列C＝{c
12
,c
13
,
…
,c
ij
,
…
}，c
ij
表示编号为i的SMR点与编号为j的SMR点之间的距离；
[0013][0014]从中根据SMR点的空间分布与长度选取多个虚拟基准尺；虚拟基准尺应尽可能跨越足够大的空间且覆盖所有的测量区域；
[0015]第三步，单摄站移动式多站位测量
[0016]将SMR点替换为半球形标志点，在已规划的摄站位置进行拍摄，同时旋转相机进行正交位姿拍摄；
[0017]半球形标志点与编码点统称为物方点，物方坐标系为全局坐标系；物方点在像片
上成像为二维像点，基于单像空间后方交会原理，利用最小二乘法求解任意摄站投影中心在物方坐标系下的坐标(X
s
,Y
s
,Z
s
)与相机的旋转角(ω,κ)；
[0018][0019][0020]其中，υ
x
、υ
y
为像点坐标的改正数；x
p
,y
p
为像点在像平面上的坐标；X
S
,Y
S
,Z
S
为摄站投影中心在物方坐标系下的坐标；ω,κ为相机的旋转角；x
*
,y
*
为上一次迭代运算的像点坐标；x
0p
,y
0p
为相机主点的像平面坐标；Δx
p
,Δy
p
为像点坐标偏差；f为相机焦距；X
M
,Y
M
,Z
M
为物方点的坐标；a,b,c为与ω,κ的函数，表达式如式(5)所示，Δ表示对应项的偏差：
[0021][0022]由式(3)～(5)求得物方坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟基准尺的大尺寸摄影测量精度提升方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，大尺寸范围内多源靶标点的均匀分散布局激光跟踪仪测量点为球形反射靶标SMR点，相机的测量点为标志点与编码点，其中标志点分为贴片形与半球形，半球形标志点与SMR点安装在公共底座上可互相替换，二者的中心在空间上完全重合；为了获得高质量的准二值化图像，根据测量距离选择对应大小的标志点与编码点；在距离小于4m和大于4m时，分别选直径为3mm和6mm的贴片形标志点与编码点；在测量空间内均匀布设a个覆盖全局的SMR点，按网格式均匀布设编码点，在球形反射靶标周围环形布设标志点，SMR点、编码点与贴片形标志点在布设时候不重合；基于摄影位置约束规划摄站分布，使图像交会角度在50
°
到70
°
之间；规划激光跟踪仪测站位置，使其与所有的SMR点的距离之和尽可能小；第二步，贯穿测量空间的交叉全局虚拟基准尺重建通过激光跟踪仪近距离重复观测所有SMR点的角度与长度，基于测量误差的高斯分布特性求解特征点的角度和长度的平均值其中，下标i为SMR点的编号，下标k为对同一个SMR点重复观测的序号，α为水平角，β为垂直角，l为测长；然后基于球坐标系与笛卡尔坐标系转换原理，求解所有SMR点在笛卡尔坐标系下的三维坐标如公式(1)；将激光跟踪仪测得点集数据导入数据处理软件中，计算B
i
至B
j
的点距，i≠j，得到SMR点距列C＝{c
12
,c
13
,
…
,c
ij
,
…
}，c
ij
表示编号为i的SMR点与编号为j的SMR点之间的距离；从中根据SMR点的空间分布与长度选取多个虚拟基准尺；虚拟基准尺应尽可能跨越足够大的空间且覆盖所有的测量区域；第三步，单摄站移动式多站位测量将SMR点替换为半球形标志点，在已规划的摄站位置进行拍摄，同时旋转相机进行正交位姿拍摄；半球形标志点与编码点统称为物方点，物方坐标系为全局坐标系；物方点在像片上成像为二维像点，基于单像空间后方交会原理，利用最小二乘法求解任意摄站投影中心在物方坐标系下的坐标(X
s
,Y
s
,Z
s
)与相机的旋转角
其中，υ
x
、υ
y
为像点坐标的改正数；x
p
,y
p
为像点在像平面上的坐标；X
S
,Y
S
,Z
S
为摄站投影中心在物方坐标系下的坐标；ω,κ为相机的旋转角；x
*
,y
*
为上一次迭代运算的像点坐标；x
0p
,y
0p
为相机主点的像平面坐标；Δx
p
,Δy
p
为像点坐标偏差；f为相机焦距；X
M
,Y
M
,Z
M
为物方点的坐标；a,b,c为与ω,κ的函数，表达式如式(5)所示，Δ表示对应项的偏差：由式(3)～(5)求得物方坐标系下的摄站空间坐标(X
s
,Y
s
,Z
s
)与空...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯永康，王逸峰，伍嘉豪，李俊卿，赵伟康，郑研，张洋，刘巍，王福吉，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：