数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用

郭琼琳

摘 要 随着工业的快速发展，对数字近景工业摄影测量技术提出了更高的要求。文章首先对数字近景工业测量关键技术进行分析研究，包括单像机三坐标测量的新方法、像机的自标定算法，其次分析数字近景工业摄影测量关键技术的应用。

关键词 数据近景工业；摄影测量；应用分析

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0044-02

1 数字近景工业摄影测量关键技术研究分析

1）现代化数字图像的直接获取与处理。分析传统的图像获取，即电子管摄像机，根据功能划分，主要包括量测像机、半量测像机、非量测像机，对于量测像机，其主要目的是精密测量物体的位置、尺寸、运动轨迹，其具有机械结构稳定、镜头光学畸变小、长焦距和相片尺寸大的特点，但是，随着现代工业的发展，固体式数字摄像机已不断涌现在市场中，即数字像机，数字像机在各个领域中得到广泛应用，尤其是广播电视，其主要有CCD图像传感器、摄影镜头及相关电子电路等附件构成，根据性能的不同，数字像机分为标准视频摄像机和数码相机，其主要通过定向反光标志和标志中心的亚像素精确定位的亚像素边缘检测、子像素精度中心定位来实现物体测量，对于定向反光标志中的RRT标志的“准二值摄影”，可以采用梯度幅值法来提高图像测量的精度，亚像素精度边缘定位后，采用椭圆最小二乘拟合的方法来获取反光标志中心，最后确定像素的精度。

2）数字像机的试验场法标定技术、自标定技术。试验场法标定是指对已控制点摄影的单片相机空间后交会进行求解，其具有计算简单、摄影几何图形要求低、内外参数相关性影响小的特点，例如某实验采用了28mm/2.8D、视场角为60°*46°的尼康D2H数码相机，在拍摄过程中，由于相机焦距是固定的，并且设置的摄影距离为3.2 m，分别在不同摄影位置对事物进行顺时针拍摄和逆时针拍摄，为了验证不同参数对标定结果的影响，分别选择不同的畸变参数，并对其进行标定，通过统计点坐标差值的大小，验证标定结果的好坏。对于数码相机的自标定技术，也称为光速法自标定，其主要通过一般误差方程式、复共线性与过度参数化的克服来进行标定，对于复共线性与过度参数化的克服，其主要通过改善平差计算的几何条件和内部参数处理为加权观测值来计算自标定结果，而平差计算的几何条件可以通过增加控制点的数量、增加像片的数量或摄站数量、增加每片上的像点数量、采用较好的交会图形进行摄影和适当位置将像机选装90°进行拍摄，对于内部参数处理为加权观测值，以拍摄的10张相片为例，在试验中测量内部参数不同的自标定结果，内部参数不同的自标定结果如表1所示，分析表1中各像机内部参数的像点残差的均方根，可以知道，与内部参数相同的所有像点残差相比，各像片内部参数不同的自标定法的像点残差几乎缩小了1倍。

3）摄影自动化测量技术。由于传统的近景摄影设备主要是基于胶片式像片，传统的近景摄影测量具有焦距长的特点，随着现代化工业的发展，传统的近景摄影设备已不能满足人们的需求，而数字近景摄影测量受到了人们的极大的青睐，其实现了自动化的视觉测量技术，其测量流程如图1所示。

图1 数字摄影测量流程

对于自动化测量技术中的基于编码标志像点的自动识别，其主要分为同心圆环型和点分布型两种编码标志，具有自动探测、识别、量测的功能。在设计编码过程中，应充分考虑旋转、平移、尺寸的不变性、探测与定位的方便性、标志中心定位精度性等。对于编码标志的识别与定位，采用边缘检测算子的方式来自动探测出椭圆影像的候选标志区域和非标志区域，若候选标志区域需要提出非标识区域，可以通过像素数、圆度、标志中心椭圆拟合的残差、对比度、编码圆环椭圆拟合残差来剔除掉。

2 数字近景工业摄影测量关键技术的应用分析

数字近景工业摄影测量技术在各个领域中得到广泛应用，如大型天线模胎面型检测、星载可展开式天线面测量、机载InSAR基线动态测量方法的模拟试验等，针对大型天线模胎面型检测，随着现代化工业的发展，我国正在研发口径大小为50 m的天线，在设计过程中，由于天线尺寸较长，这就需要将天线从以中心体里到外分成7个环面，7个环面需要七种不同尺寸的模胎，如图2、3所示，表示天线效果图和长方形的6号模胎。

图2 天线效果图 图3 长方形6号模胎

根据天线不同环的安装要求，天线安装的第1～4环，模胎的设计面型误差应小于0.25 mm，而其它环的设计面型误差应小于0.3 mm，但是，模胎面型的测量精度要由于0.1 mm。对于模胎面型的测量方案，采用圆形RRT标志的“准二值影像”得到实际的模胎影像，采用双经纬仪测量系统对控制点进行测量，提高模胎测量的精度。另外，还需要进行设站布设、坐标解算、面型误差计算等流程，尤其是面型误差计算结果，可以采用CAD面型转换法对点坐标的面型误差进行计算，采用内部参数均不同的自标定法的测量点计算出模胎面型的法向偏差，如图4所示，分析图4中的法向偏差的变化，可以知道，像机对模胎面型误差的检测精度提高了很多，因此，数字近景摄影测量技术在天线模胎面型检测中得到广泛应用。

图4 模胎面型的法向偏差

2 结束语

随着现代化工业的发展，数字近景摄影测量技术取代了电子管摄像机，数字近景摄影测量主要采用RRT标志的“准二值摄影”和内部参数均不同的自标定技术来实现的。

参考文献

[1]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D].天津大学，2005.

[2]韩红涛.数字近景摄影测量双相机系统若干关键技术的研究[D].辽宁工程技术大学，2012.

[3]冯其强.数字工业摄影测量技术研究与实践[D].解放军信息工程大学，2010.endprint

摘 要 随着工业的快速发展，对数字近景工业摄影测量技术提出了更高的要求。文章首先对数字近景工业测量关键技术进行分析研究，包括单像机三坐标测量的新方法、像机的自标定算法，其次分析数字近景工业摄影测量关键技术的应用。

关键词 数据近景工业；摄影测量；应用分析

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0044-02

1 数字近景工业摄影测量关键技术研究分析

1）现代化数字图像的直接获取与处理。分析传统的图像获取，即电子管摄像机，根据功能划分，主要包括量测像机、半量测像机、非量测像机，对于量测像机，其主要目的是精密测量物体的位置、尺寸、运动轨迹，其具有机械结构稳定、镜头光学畸变小、长焦距和相片尺寸大的特点，但是，随着现代工业的发展，固体式数字摄像机已不断涌现在市场中，即数字像机，数字像机在各个领域中得到广泛应用，尤其是广播电视，其主要有CCD图像传感器、摄影镜头及相关电子电路等附件构成，根据性能的不同，数字像机分为标准视频摄像机和数码相机，其主要通过定向反光标志和标志中心的亚像素精确定位的亚像素边缘检测、子像素精度中心定位来实现物体测量，对于定向反光标志中的RRT标志的“准二值摄影”，可以采用梯度幅值法来提高图像测量的精度，亚像素精度边缘定位后，采用椭圆最小二乘拟合的方法来获取反光标志中心，最后确定像素的精度。

2）数字像机的试验场法标定技术、自标定技术。试验场法标定是指对已控制点摄影的单片相机空间后交会进行求解，其具有计算简单、摄影几何图形要求低、内外参数相关性影响小的特点，例如某实验采用了28mm/2.8D、视场角为60°*46°的尼康D2H数码相机，在拍摄过程中，由于相机焦距是固定的，并且设置的摄影距离为3.2 m，分别在不同摄影位置对事物进行顺时针拍摄和逆时针拍摄，为了验证不同参数对标定结果的影响，分别选择不同的畸变参数，并对其进行标定，通过统计点坐标差值的大小，验证标定结果的好坏。对于数码相机的自标定技术，也称为光速法自标定，其主要通过一般误差方程式、复共线性与过度参数化的克服来进行标定，对于复共线性与过度参数化的克服，其主要通过改善平差计算的几何条件和内部参数处理为加权观测值来计算自标定结果，而平差计算的几何条件可以通过增加控制点的数量、增加像片的数量或摄站数量、增加每片上的像点数量、采用较好的交会图形进行摄影和适当位置将像机选装90°进行拍摄，对于内部参数处理为加权观测值，以拍摄的10张相片为例，在试验中测量内部参数不同的自标定结果，内部参数不同的自标定结果如表1所示，分析表1中各像机内部参数的像点残差的均方根，可以知道，与内部参数相同的所有像点残差相比，各像片内部参数不同的自标定法的像点残差几乎缩小了1倍。

3）摄影自动化测量技术。由于传统的近景摄影设备主要是基于胶片式像片，传统的近景摄影测量具有焦距长的特点，随着现代化工业的发展，传统的近景摄影设备已不能满足人们的需求，而数字近景摄影测量受到了人们的极大的青睐，其实现了自动化的视觉测量技术，其测量流程如图1所示。

图1 数字摄影测量流程

对于自动化测量技术中的基于编码标志像点的自动识别，其主要分为同心圆环型和点分布型两种编码标志，具有自动探测、识别、量测的功能。在设计编码过程中，应充分考虑旋转、平移、尺寸的不变性、探测与定位的方便性、标志中心定位精度性等。对于编码标志的识别与定位，采用边缘检测算子的方式来自动探测出椭圆影像的候选标志区域和非标志区域，若候选标志区域需要提出非标识区域，可以通过像素数、圆度、标志中心椭圆拟合的残差、对比度、编码圆环椭圆拟合残差来剔除掉。

2 数字近景工业摄影测量关键技术的应用分析

数字近景工业摄影测量技术在各个领域中得到广泛应用，如大型天线模胎面型检测、星载可展开式天线面测量、机载InSAR基线动态测量方法的模拟试验等，针对大型天线模胎面型检测，随着现代化工业的发展，我国正在研发口径大小为50 m的天线，在设计过程中，由于天线尺寸较长，这就需要将天线从以中心体里到外分成7个环面，7个环面需要七种不同尺寸的模胎，如图2、3所示，表示天线效果图和长方形的6号模胎。

图2 天线效果图 图3 长方形6号模胎

根据天线不同环的安装要求，天线安装的第1～4环，模胎的设计面型误差应小于0.25 mm，而其它环的设计面型误差应小于0.3 mm，但是，模胎面型的测量精度要由于0.1 mm。对于模胎面型的测量方案，采用圆形RRT标志的“准二值影像”得到实际的模胎影像，采用双经纬仪测量系统对控制点进行测量，提高模胎测量的精度。另外，还需要进行设站布设、坐标解算、面型误差计算等流程，尤其是面型误差计算结果，可以采用CAD面型转换法对点坐标的面型误差进行计算，采用内部参数均不同的自标定法的测量点计算出模胎面型的法向偏差，如图4所示，分析图4中的法向偏差的变化，可以知道，像机对模胎面型误差的检测精度提高了很多，因此，数字近景摄影测量技术在天线模胎面型检测中得到广泛应用。

图4 模胎面型的法向偏差

2 结束语

随着现代化工业的发展，数字近景摄影测量技术取代了电子管摄像机，数字近景摄影测量主要采用RRT标志的“准二值摄影”和内部参数均不同的自标定技术来实现的。

参考文献

[1]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D].天津大学，2005.

[2]韩红涛.数字近景摄影测量双相机系统若干关键技术的研究[D].辽宁工程技术大学，2012.

[3]冯其强.数字工业摄影测量技术研究与实践[D].解放军信息工程大学，2010.endprint

摘 要 随着工业的快速发展，对数字近景工业摄影测量技术提出了更高的要求。文章首先对数字近景工业测量关键技术进行分析研究，包括单像机三坐标测量的新方法、像机的自标定算法，其次分析数字近景工业摄影测量关键技术的应用。

关键词 数据近景工业；摄影测量；应用分析

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0044-02

1 数字近景工业摄影测量关键技术研究分析

1）现代化数字图像的直接获取与处理。分析传统的图像获取，即电子管摄像机，根据功能划分，主要包括量测像机、半量测像机、非量测像机，对于量测像机，其主要目的是精密测量物体的位置、尺寸、运动轨迹，其具有机械结构稳定、镜头光学畸变小、长焦距和相片尺寸大的特点，但是，随着现代工业的发展，固体式数字摄像机已不断涌现在市场中，即数字像机，数字像机在各个领域中得到广泛应用，尤其是广播电视，其主要有CCD图像传感器、摄影镜头及相关电子电路等附件构成，根据性能的不同，数字像机分为标准视频摄像机和数码相机，其主要通过定向反光标志和标志中心的亚像素精确定位的亚像素边缘检测、子像素精度中心定位来实现物体测量，对于定向反光标志中的RRT标志的“准二值摄影”，可以采用梯度幅值法来提高图像测量的精度，亚像素精度边缘定位后，采用椭圆最小二乘拟合的方法来获取反光标志中心，最后确定像素的精度。

2）数字像机的试验场法标定技术、自标定技术。试验场法标定是指对已控制点摄影的单片相机空间后交会进行求解，其具有计算简单、摄影几何图形要求低、内外参数相关性影响小的特点，例如某实验采用了28mm/2.8D、视场角为60°*46°的尼康D2H数码相机，在拍摄过程中，由于相机焦距是固定的，并且设置的摄影距离为3.2 m，分别在不同摄影位置对事物进行顺时针拍摄和逆时针拍摄，为了验证不同参数对标定结果的影响，分别选择不同的畸变参数，并对其进行标定，通过统计点坐标差值的大小，验证标定结果的好坏。对于数码相机的自标定技术，也称为光速法自标定，其主要通过一般误差方程式、复共线性与过度参数化的克服来进行标定，对于复共线性与过度参数化的克服，其主要通过改善平差计算的几何条件和内部参数处理为加权观测值来计算自标定结果，而平差计算的几何条件可以通过增加控制点的数量、增加像片的数量或摄站数量、增加每片上的像点数量、采用较好的交会图形进行摄影和适当位置将像机选装90°进行拍摄，对于内部参数处理为加权观测值，以拍摄的10张相片为例，在试验中测量内部参数不同的自标定结果，内部参数不同的自标定结果如表1所示，分析表1中各像机内部参数的像点残差的均方根，可以知道，与内部参数相同的所有像点残差相比，各像片内部参数不同的自标定法的像点残差几乎缩小了1倍。

3）摄影自动化测量技术。由于传统的近景摄影设备主要是基于胶片式像片，传统的近景摄影测量具有焦距长的特点，随着现代化工业的发展，传统的近景摄影设备已不能满足人们的需求，而数字近景摄影测量受到了人们的极大的青睐，其实现了自动化的视觉测量技术，其测量流程如图1所示。

图1 数字摄影测量流程

对于自动化测量技术中的基于编码标志像点的自动识别，其主要分为同心圆环型和点分布型两种编码标志，具有自动探测、识别、量测的功能。在设计编码过程中，应充分考虑旋转、平移、尺寸的不变性、探测与定位的方便性、标志中心定位精度性等。对于编码标志的识别与定位，采用边缘检测算子的方式来自动探测出椭圆影像的候选标志区域和非标志区域，若候选标志区域需要提出非标识区域，可以通过像素数、圆度、标志中心椭圆拟合的残差、对比度、编码圆环椭圆拟合残差来剔除掉。

2 数字近景工业摄影测量关键技术的应用分析

数字近景工业摄影测量技术在各个领域中得到广泛应用，如大型天线模胎面型检测、星载可展开式天线面测量、机载InSAR基线动态测量方法的模拟试验等，针对大型天线模胎面型检测，随着现代化工业的发展，我国正在研发口径大小为50 m的天线，在设计过程中，由于天线尺寸较长，这就需要将天线从以中心体里到外分成7个环面，7个环面需要七种不同尺寸的模胎，如图2、3所示，表示天线效果图和长方形的6号模胎。

图2 天线效果图 图3 长方形6号模胎

根据天线不同环的安装要求，天线安装的第1～4环，模胎的设计面型误差应小于0.25 mm，而其它环的设计面型误差应小于0.3 mm，但是，模胎面型的测量精度要由于0.1 mm。对于模胎面型的测量方案，采用圆形RRT标志的“准二值影像”得到实际的模胎影像，采用双经纬仪测量系统对控制点进行测量，提高模胎测量的精度。另外，还需要进行设站布设、坐标解算、面型误差计算等流程，尤其是面型误差计算结果，可以采用CAD面型转换法对点坐标的面型误差进行计算，采用内部参数均不同的自标定法的测量点计算出模胎面型的法向偏差，如图4所示，分析图4中的法向偏差的变化，可以知道，像机对模胎面型误差的检测精度提高了很多，因此，数字近景摄影测量技术在天线模胎面型检测中得到广泛应用。

图4 模胎面型的法向偏差

2 结束语

随着现代化工业的发展，数字近景摄影测量技术取代了电子管摄像机，数字近景摄影测量主要采用RRT标志的“准二值摄影”和内部参数均不同的自标定技术来实现的。

参考文献

[1]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D].天津大学，2005.

[2]韩红涛.数字近景摄影测量双相机系统若干关键技术的研究[D].辽宁工程技术大学，2012.

[3]冯其强.数字工业摄影测量技术研究与实践[D].解放军信息工程大学，2010.endprint