针对双目视觉系统在远距离目标点三维坐标测量中的问题,首先,基于双目视觉测量系统的原理,分析了双目视觉中相机标定和三维定位过程的主要误差来源;然后,推导了双目视觉三维定位测量系统与相机参数、特征点匹配精度、像元大小、焦距、基线长度与测量距离之间的导数关系。最后,通过仿真实验得到各参数对测量系统定位误差的影响。实验结果表明,该误差模型对双目视觉测量系统的设计具有一定的指导意义。

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。

将相位技术及条纹分析技术引入到光学三维坐标测量中,制作了手持相位标靶。采用这种标靶,利用视觉测量技术可以对待测物体上的任意一个可接触点进行直接测量。利用相位技术及条纹分析技术的全场分析方法,计算出了测头在标靶坐标系下的坐标,提出了标靶特征点到测头距离的计算公式;采用手持相位标靶进行测量时,提出了对测量点的三维坐标获取的计算公式;并对测量点的三维坐标值以及对测量点偏移的距离进行了误差分析。实验得到了比较准确的测量结果,证明了分析方法的正确性。

提出了一种光笔式单摄像机三维坐标视觉测量系统,系统主要由一支光笔、一架摄像机、一台笔记本电脑组成.光笔是一种手持式触发测头,在笔休上装有三个与球形笔尖测头中心成一条直线的点光源(发光二极管).测量时使笔尖测头接触被测物体表面,摄像机摄取笔体上三个发光二极管的像,由三个发光二极管的像面坐标就可计算出被测点的三维坐标.运用三点透视原理(P3P)建立了系统的数学模型并推导出了被测点坐标的求解公式.在三坐标测量机上做对比实验,实验测试结果表明,该系统达到了大尺寸现场测量要求的精度.

提出了一种跟踪测距式视觉坐标测量系统,主要由一架摄像机、一台激光测距仪、一台计算机和一支光笔组成.测量时,摄像机测量光笔上四个光反射点的方向,依据这些方向激光测距仪可跟踪捕捉到任一光反射点,并测量出某一光反射点到激光测距仪的距离,由测得的方向和距离系统可计算出光笔笔尖接触点的三维坐标.根据四点透视问题(P4P)原理建立了系统的数学模型,由于摄像机测得的距离参数的引入,使得该数学模型(P4P问题)可以线性求解,而且解具有唯一性,推导出了被测点三维坐标的求解公式.和单摄像机视觉坐标测量系统的比对实验结果表明,在Z, Y, X轴方向上的测量稳定性精度可分别提高0.366mm、0.031mm和0.011mm.

在由多台光电经纬仪组成的测量网中,提出一种基于目标位置估计Cramer-Rao限(CRLB)的精度分析方法,并给出了光电经纬仪组网测量布站应遵循的原则.Cramer-Rao限给出了无偏参数估计变量的下限,可以定量分析不同数量、不同位置的经纬仪组网测量的目标位置估计精度,为制订经纬仪组网布站方案提供依据.仿真计算和实际应用结果表明,两台经纬仪与目标所构成的夹角( 应满足60o<( < 120o;采用3台或4台经纬仪组网对目标位置估计性能有较大改善,但进一步增加经纬仪的数量,性能改善不明显.

提出一种新的三维坐标测量方法,该方法基于光栅投影、相移和三角测量等测量方法.与传统的光学测量方法不同,测量系统采用两个CCD相机记录投影光栅,减小了测量误差,提高了测量精度.测量实验结果在各个坐标上的精度分别为±5μm,±5μm,±18.5μm,总体精度优于20μm,证明了该方法的先进性和可行性.