大型结构变形及形貌摄像测量技术研究进展

船体、机翼、工程建筑等大型结构的变形与形貌的精确测量是实验力学的基本任务之一。摄像测量具有测量精度高、范围大、非接触、可动态测量等优点,是结构形貌与运动测量的重要手段。本文介绍了作者及其所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形、形貌测量等方面的研究成果和典型应用范例,主要包括：提出折线光路像机链摄像测量方法与技术,用于船体等大型结构,不稳定平台的静态基准转换,以及地下工程、边坡等的多点变形长期动态监测;采用多摄像机联合组网,用于机翼、风电叶片等大型结构形貌与变形的高精度测量;在投影轮廓线辅助下进行多部像机组网,用于对大型堆场三维形貌、料堆体积和高程等的高精度测量等。     

摄像测量技术在国防试验与航天器对接中的应用研究

摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用.本文介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量以及对接航天器位置和姿态的实时测量.在这些应用中都实现了高精度测量.较近期研发并应用于航天器对接光学测量项目中的算法,对相机参数进行平差修正,能有效地抑制像机参数扰动,具有很强的鲁棒性.     

一种单目运动像机对点状运动物体的三维定位方法

针对单目运动像机无法确定点状运动物体三维位置的难题,提出了一种求解点状运动物体三维位置的方法,利用直线在其法平面上的投影为点这个特性,将各时刻像机光心与物体位置的连线(以下称观察视线)投影到以运动物体轨迹为法线的平面上,通过迭代使其投影线交于一点,交点对应的直线就是物体的运动轨迹,仅需要取大于等于5个时刻的数据就可以确...     

固连于可控旋转平台相机的外参标定

为了进行大视场角的测量任务,可以将相机安装在运动精确可控的平台上,以平台的姿态运动来扩展相机的视场角。相机相对于平台的位姿关系的精确标定是保证测量结果准确的前提。本文主要利用一维标志物体,根据成像关系,建立了外参标定的约束方程;发展了线性求解外参的方法,以及非线性优化的标定方法。为了克服线性法正交性差,以及非线性优化法不能求解平移向量的缺点,总结出了组合求解法,该方法可以应用于仅能够作旋转运动的平台。数值模拟和实验结果均表明姿态角的标定精度较高,而平移向量则对噪声十分敏感。最后分析了算法偶尔出现奇异的原因。     

"华南虎"照片的摄像测量研究

2007年10月,华南虎照片一经公布,即引起各方关注。"挺虎派"和"打虎派"都极力从各个角度证明照片中华南虎的真伪,但采用的大都是定性分析方法。本文采用摄像测量方法,对照片中的华南虎进行了三维测量和重建,并进行了华南虎照与年画虎的相似度分析、虎照的细节变化分析等方面的研究。由于虎照之间的拍摄位置和角度变化不大,老虎部分的分辨率较低并存在模糊,用常规摄像测量方法难以重建三维结果。本文针对虎照实际情况,采用整体解算相机系统参数、局部重建老虎的方法,得到了满足精度要求的结果。结果表明,重建老虎不同部位的测量点均基本位于一个与像面基本平行的平面上。模拟场景实验证实了该重建方法正确可信。同时,根据平面物体的成像模型对虎照与年画虎进行了仿射校正和对比分析,表明照片虎与年画虎主纹理的骨架、轮廓基本重合,相似率为0.9986,满足平面变换条件。对眼部存在的差异也进行了分析。     

摄像测量学简介与展望

摄像测量学是摄影测量学、计算机视觉、光学测量、数字图像处理分析等学科交叉融合形成的新兴交叉学科,集各学科的优势。在对各种运动、变化过程参数进行测量方面,摄像测量方法具有精度高、自动化、非接触、动态测量、实时测量、易于实施等特点。近十几年来,摄像测量学在国际上发展迅速,国内目前还未见到对摄像测量学的释著述。本文从学科内涵、历史、基本原理、应用、优势和发展前景等方面对摄像测量学进行了简介和展望。     

干涉条纹图处理的等值线窗口滤波和摄像测量在国防试验的应用

对图像进行滤波或称平滑是干涉条纹图像处理中的一项重要工作。一幅未经处理的原始图像或多或少存在着不同程度的噪声干扰,特别是散斑和Insar干涉条纹图,信噪比很低,难以处理。本文针对光测力学中光学干涉方法得到的条纹图,提出了一种新的滤波方法条纹等值线窗口滤波,并对这种滤波方法进行了研究讨论,提出了几种确定等值线窗口的不同方法。这种滤波方法根据干涉条纹图不同断面上灰度分布的不同特点,选择沿条纹走向的条纹等值线窗口进行滤波,在最大消除条纹图噪声的同时,也能保证对条纹损伤最小。摄像测量技术正在迅速发展和得到广泛应用,在国防试验和航天飞行任务中发挥着不可替代的作用。本文也介绍了作者近年来在该领域所做的应用研究,包括在火箭、导弹发射试验,冲击、碰撞等过程中的动态目标运动测量;针对航天航空和力学工程领域的视频图像实时分析;飞行器三维运动测量;基于投影条纹的物体三维形貌精密测量方法研究;以及对接航天器位置和姿态的实时测量。在这些应用中都实现了高精度测量。     

扫描仪精确标定与基于扫描图像的精密测量

分析了普通平板扫描仪扫描过程中引入畸变误差的成因和特点，提出并实现了用分布于待测图像四周的正交网格对包括待测图像在内的全场进行标定的方法和算法．标定后精度提高一个数量级以上，全场几何标准偏差在2—3微米以内，使普通扫描仪可用于精度要求极高的工程测量．用扫描仪将干板等介质记录的图像数字化，通过标定，修正扫描过程中引入的畸变误差，即可利用数字图像处理技术进行自动和半自动的精密测量．     

单目相机位姿估计的稳健正交迭代方法

单目位姿估计是计算机视觉中一个基础而重要的问题,在机器人定位、虚拟现实、图像精密测量等领域应用广泛。在实际应用中,参考点坐标不可避免地含有粗差点,导致估计结果偏离真值,为此,提出自适应加权的稳健正交迭代算法。该算法采用稳健估计方法自动识别粗差点,并赋予其较小权值,以提高算法的稳健性。实验结果表明,稳健正交迭代算法求解精度高、稳健性好,可有效抑制不同个数、不同水平的粗差影响。当20个观测点中存在8个水平为60 pixel的粗差点时,本文解算精度分别比经典正交迭代算法和加权正交迭代算法高2个和1个数量级。