1 战略支援部队信息工程大学 地理空间信息学院，郑州 450001
2 上海交通大学 上海市北斗导航与位置服务重点实验室，上海 200240
为解决大场景下光学运动捕捉系统精度检测困难的问题，提出利用全站仪标定大场景下光学运动捕捉系统定位精度的方法。首先在光学运动捕捉系统的四个分区域均匀选取若干公共点，其次利用同尺寸同心靶球解决全站仪和光学运动捕捉系统测量点不一致的问题，之后通过全站仪和光学运动捕捉系统分别测量得到公共点的真实值和测量值，基于罗德里格矩阵的抗差最小二乘迭代方法计算全站仪坐标系到光学运动捕捉系统坐标系的位姿变换矩阵，最后坐标系统一并计算光学运动捕捉系统在分区域和整体区域下的定位精度。同时，基于该方法实现了度量运动捕捉系统和Vicon运动捕捉系统的外参标定。实验结果表明：光学运动捕捉系统在四个分区域的定位精度分别为2.385 mm、0.877 mm、1.787 mm、2.890 mm，整体区域下光学运动捕捉系统的定位精度为8.126 mm。说明大场景下光学运动捕捉系统的定位精度明显降低，验证了利用全站仪进行光学运动捕捉系统标定和运动捕捉系统外参标定的可行性和有效性。
光学运动捕捉系统 全站仪 公共点 罗德里格矩阵 抗差最小二乘 Optical motion capture system Total station Common point Rodrigues matrix Robust least squares 光子学报
2023, 52(11): 1111003
1 沈阳建筑大学机械工程学院, 辽宁 沈阳 110168
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
以摄影测量为基础,旨在采用全站仪与普通数码相机相结合的方式,实现大型物体三维形状和颜色信息的高精度、快速、灵活获取。将普通数码相机刚性连接到全站仪的望远镜上搭建组合测量系统,借助全站仪的角度读数随时记录相机位姿;为了减弱窄视场相机标定中的参数耦合,先根据相机的物理特性直接标定相机主距参数;通过建立控制场确定其余相机的内参数及望远镜相对相机的位姿参数;借助两个公共标志点实现测站的任意转换,进而实现大型物体的三维形貌测量。实验表明,所提方法的长度测量相对误差不超过±1/100,角度误差不超过±0.6°,目前能够实现中等精度的大型物体三维形貌测量。
机器视觉 立体视觉 大型物体 三维测量 全站仪 摄影测量 激光与光电子学进展
2020, 57(10): 101505
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 武汉理工大学光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室, 湖北 武汉 430070
3 苏州一光仪器有限公司, 江苏 苏州 215006
传统的全站仪测量模式为人工搜索、照准目标,工作强度大、易出错、工作效率低,针对现有国产全站仪的不足,研究了全站仪自动目标识别与照准技术。构建了ATR全站仪探测系统,全站仪自带图像采集系统和马达驱动,利用数字图像处理技术,提出了图像相减去除背景噪声后求光斑中心的方法,按照一定的搜索策略,实现了目标的自动识别与照准。在电机驱动精度设定为10″情况下,系统的照准精度也能达到10″。自动识别、照准与人工操作结果一致,系统能够精确地对目标进行自动识别与照准。该方法能够用于全站仪测量时的目标自动照准,可以避免人工繁琐操作,提高工作效率。
ATR全站仪 图像相减 光斑中心 目标自动识别与照准 照准精度 ATR electronic total station image subtraction spot center automatic target recognition and sighting accuracy of sighting
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的精密测量需求，设计了一种组合式位姿测量系统。系统把单目视觉和激光标靶相结合，在利用激光标靶和全站仪完成掘进机后盾体位姿测量基础上，通过所设计的光学特征点空间分布模型，实现特征点的准确识别，根据特征点之间已知的几何约束关系和摄像机的透视投影模型，进行实时的图像处理和位姿解算，实现掘进机前盾体相对后盾体位姿的非接触式测量。系统建立了光学特征点、智能视觉传感器、激光标靶和全站仪之间的坐标转换关系，搭建了模拟双护盾硬岩隧道掘进机位姿变化的实验平台，并利用全站仪进行精度验证，最终完成掘进机全方位的实时位姿测量。实验结果表明：在30 m×3 m测量范围内，系统测量精度优于5 mm。测量系统具有精度高、抗噪声能力强和实时性好等优点，可满足隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的精密自动测量要求。
机器视觉 双护盾掘进机 位姿测量 单目视觉 激光标靶 全站仪 光学学报
2015, 35(11): 1112005
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 天津市航空易思维科技有限公司, 天津 300072
针对目前工程测量领域六自由度测量存在精度低、实时性和便携性差等问题, 设计了一种激光标靶, 结合全站仪能够实现空间六自由度测量。在嵌入式平台上, 研究了一种以重心法为核心的光斑中心提取算法, 该算法重复性精度高、鲁棒性好。通过对相机的非模型化参数标定, 提出了一种姿态解算算法。实验数据表明, 激光标靶在全站仪坐标测量精度基础上, 滚转角和俯仰角测量精度可达 0.005°, 方位角测量精度可达 0.006 2°, 满足多种工程测量需求。
六自由度测量 激光标靶 光斑中心提取 姿态解算 全站仪 measurement of six DOF laser target spot center extraction attitude solution total station
1 西南科技大学 制造科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
2 华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
针对大尺度空间中构件特征隐藏区的空间坐标测量, 提出了一种基于无衍射光束的测量探针, 并将该探针与全站仪结合构成了空间坐标组合测量系统。介绍了探针姿态测量系统和组合测量系统的结构与原理。测量时, 首先将探针测头接触于被测点, 并用全站仪或激光跟踪仪瞄准探针的光学系统, 测得探针的空间位置坐标。接着, 使用探针将测距激光通过axicon透镜变换为无衍射光, 并由CCD摄像机获得图像。由无衍射光的中心一对一映射激光的入射方向, 通过无衍射光图像定中计算, 获得探针的水平角和俯仰角。最后, 通过电子倾角仪测得探针滚动角; 联合测得各姿态角和位置坐标, 通过坐标变换, 计算得出被测点的空间坐标。实验显示, 该探针的姿态角测量精度为1 mrad, 组合测量空间位置偏差为±1 mm, 表明基于无衍射光束的探针与全站仪所构成的组合测量系统可满足大尺度空间中特征隐藏区空间坐标测量的要求。
坐标测量 无衍射光探针 全站仪 激光跟踪仪 特征隐藏区 coordinate measurement non-diffracting probe total station laser tracking instrument hidden part
华中科技大学,机械科学与工程学院,湖北,武汉430074
介绍了一种以激光作光源,采用光学成像原理和CCD图像采集技术实现激光角度测量的方法,给出了系统构成和测量原理,并对系统可达精度及其影响因素进行了分析.结果表明,系统在50～200m的测量距离和±5° 的测量角度内时,测量精度可以达到0.05mrad,满足了隧道盾构施工中对盾构机方位角的高精度测量要求.
角度测量 全站仪 水平方位角 发散角 激光测角
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,光电测控部,吉林,长春,130033
2 中国科学院研究生院,北京,100039
光学靶标是一种用来在室内检测大型光测设备跟踪性能和测量精度的标校装置,其运动时给出的目标空间角度值可以用来标定光测设备的动态特性.针对光学靶标运动时空间位置动态标定的问题,本文提出了一种应用瑞士Leica公司生产的高精度全站仪TDA5005对其进行自动跟踪标定的新方法.标定结果显示,光学靶标的动态位置误差小于5″,满足标定精度要求.
光学靶标 动态标定 自动跟踪 TDA5005全站仪
