针对大视场远距离复杂地形条件下的弹落点坐标测量, 提出一种结合数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的单目视觉测量方法。该方法不依赖目标或场景信息, 只需单幅弹落点图像, 即可快速解算出弹落点的三维坐标。首先, 利用图像二维信息求解出相机与弹落点相连的空间直线; 然后, 根据相机与靶心的相对位置确定直线上的搜索起点和搜索步距, 将直线上的搜索点与数字高程地图进行匹配; 最终求解出弹落点的三维坐标。现场试验结果表明: 相机距监测区域大于500 m, 监测区域视场宽度为300 m时, 相对定位误差优于0.3%。该方法结构简单、成本低、运算速度快, 适用于复杂地形条件下的弹落点坐标测量。

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题, 提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成, 应用空间后方交会原理, 无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程, 设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程, 并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机 3 m的1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm空间内, 在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm, 深度方向的距离测量精度优于0.7 mm, 三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明: 该方法有效, 可被灵活应用, 具有良好的测量精度。

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成, 它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度, 两个相机交汇, 即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机, 内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外, 双相机的外参标定也被介绍, 外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明: 所提出的三维坐标测量方法有效, 具有良好的测量精度。

针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量， 研究了优化系统结构，提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。 分析了系统结构参数对测量精度的影响，通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时，将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算，从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响，得出了其误差影响趋势。在此基础上，提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式，为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200 m的区域进行了监测，结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%，满足系统的精度指标要求，同时使得系统现场架设更加方便快捷，避免了盲目性。