工業數字攝影測量技術及應用工業數字攝影測量技術及應用當前進展關鍵技術應用實例當前進展

美國GSI公司的V-STARS系統當前進展

挪威的MetroNor系統當前進展

德國AICON3D公司的DPA-Pro系統當前進展

德國的TRITOP系統當前進展《數字近景攝影測量關鍵技術研究與應用》

黃桂平博士論文2005《航天器交會對接和月球車導航中視覺測量關鍵技術研究與應用》

王保豐博士論文2007《計算機視覺工業測量系統的建立與標定》

王保豐碩士論文2004《工業數字攝影測量中人工標志的研究與應用》

范生宏碩士論文2006《數字工業攝影測量中的標志點匹配和自檢校光束法平差快速解算》

馮其強碩士論文2007我院部分研究成果國內院校武漢大學、天津大學、北京航空航天大學、國防科技大學…關鍵技術高精度標志點中心圖像獲取高精度相機標定算法及標定裝置相機初始外方位元素獲取及方法編碼標志的設計與實現同名點自動匹配方法及策略光束法統一平差與其它測量系統的融合及統一數據處理高精度標志點中心圖像獲取回光反射標志準二值影像閃光燈圖像獲取高精度標志點中心圖像獲取標志點識別及精確定位圖像利用Canny算子檢測邊緣含有虛假邊緣的圖像幾何檢驗灰度檢驗標志點邊緣圖像灰度加權質心法灰度平方加權質心法標志點像坐標像點坐標測量精度優于0.02像素高精度相機標定算法及標定裝置相機內參數：10參數相機畸變模型

徑向畸變

枕形畸變桶形畸變表達式：分解到像平面坐標系的x軸和y軸上：其中：高精度相機標定算法及標定裝置相機內參數：10參數相機畸變模型

偏心畸變

理想狀態實際狀態表達式：分解到像平面坐標系的x軸和y軸上：偏心畸變分布示意圖高精度相機標定算法及標定裝置

像平面畸變

相機畸變模型

相機內參數：10參數相機畸變模型高精度相機標定算法及標定裝置試驗場法標定由一組控制點構成試驗場，用待標定相機對試驗場攝影，然后根據單像片空間后方交會或多像片后方交會求解相機內參數。控制架高精度相機標定算法及標定裝置光束法平差自標定將內參數作為附加參數，連同物方點坐標、外方位元素同時進行光束法平差計算。X1、X2和X3分別為攝站參數、物方點坐標和內參數的改正數向量；A1、A2和A3分別為相應的系數矩陣；L1為像點坐標的觀測值向量；P1為像點坐標的權矩陣；L3為內部參數虛擬的觀測值向量，一般為零向量；P3為內部參數虛擬觀測值的權矩陣。相機初始外方位元素獲取及方法單張像片定向裝置：定向棒（AutoBar）算法：單像空間后方交會通過解算一元四次方程求得其中3個控制點到攝站的距離，利用第4個控制點消除歧異解；計算3個控制點在像空間坐標系中的坐標；通過分解旋轉矩陣線性計算外方位元素。AutoBar相機初始外方位元素獲取及方法多張像片定向裝置：定向棒、編碼標志算法：概略定向利用自動定向棒對部分像片進行空間后方交會；利用已定向像片通過空間前方交會計算部分編碼標志點坐標；對至少含有4個編碼標志點的像片進行空間后方交會；重復步驟②～③，直至沒有像片可進行后方交會為止；光束法平差，提高定向精度。AutoBar編碼標志編碼標志的設計與識別編碼標志編碼標志是一種自身帶有數字編碼信息的人工標志，可以通過圖像處理等方法進行自動識別，實現工業攝影測量中人工標志的自動匹配，進而作為不同像片之間的公共點實現像片的自動拼接。點分布型編碼標志同心圓環型編碼標志編碼標志的設計與識別點狀編碼標志設計模版點編碼點采用十進制編碼原理。利用每一個編碼點的數字標識數作為數字2的冪產生一個數字，所有三個編碼點產生的數字之和為該編碼標志的編碼。識別簡單、穩定、可靠有足夠的編碼數量設計原則編碼原理編碼標志的設計與識別點狀編碼標志識別L'ABCDA'B'C'D'L投影不變量：交比計算設計模板交比；尋找符合條件的點集，利用交比不變量進行匹配，得到圖像中模版點的對應點集；仿射變換求出仿射參數；通過仿射參數恢復其它編碼點，解碼得到編碼標志的編碼。識別過程同名點自動匹配方法及策略同名點匹配在像點精確定位、像片概略定向完成后，確定同一物方點在不同像片上的同名像點。匹配方法基于空間前方交會的自動匹配算法同名點同名點自動匹配方法及策略匹配過程

雙片前方交會

合并物方點

初始匹配

剔除屬于同一像片的像點

同名像點數閾值判斷

多片前方交會

像點坐標殘差閾值判斷

確定同名像點光束法統一平差自檢校光束法平差待答解參數物方點坐標、外方位元素、相機內參數平差模型X1、X2和X3分別為外方位元素、物方點坐標和內參數的改正數向量；A1、A2和A3分別為相應的系數矩陣；L1為像點坐標的觀測值向量；P1為像點坐標的權矩陣；L3為內部參數虛擬的觀測值向量，一般為零向量；P3為內部參數虛擬觀測值的權矩陣。與其它測量系統的融合及統一數據處理經緯儀測量系統全站儀測量系統作為長度控制條件或控制點參與光束法統一平差作為控制點對相機進行試驗場法標定作為控制點對像片進行定向應用實例“探月工程”50米大型天線測量網狀星載天線測量星載天線真空條件下高低溫檢測“探月工程”50米大型天線測量54所承擔了“探月工程”50米天線的研制工作

天線參數：口徑：50m

焦距：17.5m站址：北京密云

用途：

“探月工程”測控系統和地面接收系統的重要組成部分；天文觀測的射電望遠鏡。“探月工程”50米大型天線測量天線工作狀態下撓度檢測測量點布設方案編碼標志布設方案“探月工程”50米大型天線測量天線工作狀態下撓度檢測基準尺布設方案3根長度為2.846m的基準尺“探月工程”50米大型天線測量天線工作狀態下撓度檢測俯仰角為7o時的測量示意圖

俯仰角為30o時的測量示意圖

“探月工程”50米大型天線測量天線工作狀態下撓度檢測1488個回光反射標志100個編碼標志500張圖像測量時間為1.5小時數據處理時間約為0.5小時“探月工程”50米大型天線測量天線工作狀態下撓度檢測7o工位30o工位序號面型精度序號面型精度第一次30m1.88第一次30m1.5950m4.0550m3.58第二次30m1.44第二次30m0.8050m1.8750m1.06通過兩次檢測、一次調整，面型精度完全滿足設計要求。檢測和調整結果（mm）“探月工程”50米大型天線測量天線工作狀態下撓度檢測測試頻率(GHz)第一旁瓣電平(dB)技術要求測量結果方位俯仰7.600

-18-26.67,-18.17-28.00,-23.502.5093-24.83,-21.67-21.16,-25.50頻率(GHz)技術要求波束寬度（

）測量結果效率（%）增益（dB）方位俯仰效率（%）增益（dB）7.6004864.370.06030.0678115.8568.1982.50935059.360.16800.169055.0959.782備注：X波段天線效率按30米口徑計算，S波段天線效率按50米口徑計算測試結果表明：該天線S/X頻段的電性能指標滿足或優于設計指標，從而驗證了反射面精度調整的結果。電測結果網狀星載天線測量天線概況框架由碳纖維管制作而成，反射面由高強度細繩為骨架，上面鋪上纖維網而構成的面狀天線。直徑：2.8m、6.4m、17.2m網狀星載天線測量天線概況直徑2.8m天線網狀星載天線測量天線概況直徑6.4m天線網狀星載天線測量天線概況直徑17.2m天線網狀星載天線測量測量方式法向偏差第一次攝影測量0.267第二次攝影測量0.269經緯儀測量0.330測量結果（2.8m）標志點及攝站分布

基準尺標定值測量值基準尺11471.0001470.911基準尺21471.0001471.089基準尺測量誤差（mm）與經緯儀比較結果（mm）兩次測量重復性偏差為：0.049mm

星載天線真空條件下高低溫檢測項目背景：在熱真空試驗過程中進行星載天線熱變形測量，以驗證產品的設計、制造工藝、裝配是否滿足天線平面度技術指標要求。衛星天線面板展開狀態圖真空室及天線狀態真空度優于1.3×10-3Pa溫度范圍：-90℃～+90℃

測量精度要求優于0.15mm

星載天線真空條件下高低溫檢測測量方案：采用2臺相機組成攝影測量系統對該衛星在熱真空高低溫下的變形進行測量。雙相機測量

相機保護罐星載天線真空條件下高低溫檢測測量結果：周期均方根極大值極小值極大點極小點平面度3次變化量低溫拉偏10.2640.985-0.465X63Z51.450.02低溫拉偏20.2540.958-0.479X63Z51.437低溫拉偏30.2550.736-0.721X63Z51.457低溫10.2670.921-0.819X63Z51.740.007低溫20.2620.982-0.757X63Z51.739低溫30.2660.924-0.822X63Z51.746高溫10.2590.574-0.716X320Z51.290.072高溫20.2560.649-0.651X320Z51.3高溫30.2610.673-0.689X320Z51.362測量平面度（單位：mm）星載天線真空條件下高低溫檢測測量結果：平面度統計（單位：mm）工況均方根極小值極大值平面度極小點極大點總體平面度（中板和＋X板）低溫拉偏工況0.254-0.4790.9581.437Z5X63低溫工況0.262-0.7570.9821.739Z5X63高溫工況0.254-0.6890.6731.362Z5X63中板平面度低溫拉偏工況0.179-0.4940.3740.868Z5Z246低溫工況0.200-0.6330.3500.983Z5Z246高溫工況0.205-0.4890.3590.848Z5Z246＋X板平面度低溫拉偏工況0.320-0.5120.7491.261X452X6