基于數(shù)字圖像的二次定標(biāo)空間定位及其誤差分析.pdf

1、在地質(zhì)勘探、水利建設(shè)、礦山開(kāi)發(fā)、城市規(guī)劃及大型設(shè)備制造等工程實(shí)踐中，經(jīng)常需要對(duì)遠(yuǎn)距離、大尺寸的對(duì)像進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量尺寸首先要對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的空間位置進(jìn)行定位。目前常用的空間定位方法有衛(wèi)星定位、激光測(cè)距定位、水準(zhǔn)儀、基于數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)等方法。衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)具備了較高的定位精度，且定位速度快，但系統(tǒng)建設(shè)成本高，需要信號(hào)發(fā)射源；激光測(cè)距定位系統(tǒng)能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度，但有測(cè)量盲區(qū)，遠(yuǎn)距離定位時(shí)需要設(shè)置目標(biāo)反射境，且測(cè)量系統(tǒng)較為復(fù)雜；水準(zhǔn)儀定位設(shè)備

2、簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度較低，操作較復(fù)雜，效率低。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字圖像技術(shù)的迅速發(fā)展，使用普通數(shù)碼相機(jī)(攝像機(jī))或圖像采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)點(diǎn)的定位成為了可能?；跀?shù)字圖像的空間定位首先需要對(duì)圖像采集設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)。目前，基于數(shù)字圖像的空間定標(biāo)方法有兩大類(lèi)：即基于定標(biāo)物的定標(biāo)和無(wú)需定標(biāo)物的攝像機(jī)自定標(biāo)?；诙?biāo)物的定標(biāo)方法主要以基于點(diǎn)的定標(biāo)法為代表；攝像機(jī)自定標(biāo)法主要有基于滅點(diǎn)的定標(biāo)法、基于攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)的定標(biāo)法以及攝像機(jī)平移自定標(biāo)法。基于定標(biāo)物的

3、定標(biāo)法不需要解非線(xiàn)性方程，但必須設(shè)置定標(biāo)物，且需要已知定標(biāo)點(diǎn)精確的空間坐標(biāo)；基于攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)和滅點(diǎn)的定標(biāo)法只需要物體表面有一定數(shù)量的特征點(diǎn)或者幾組平行線(xiàn)，且無(wú)需知道其具體的空間位置，便可以確定攝像機(jī)參數(shù)及目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，但對(duì)表面特征信息不豐富的物體，很難滿(mǎn)足此要求；攝像機(jī)平移自定標(biāo)法，需要攝像機(jī)在空間進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，以確定相機(jī)參數(shù)，因而系統(tǒng)較為復(fù)雜。 論文在分析定標(biāo)物定標(biāo)法和攝像機(jī)自定標(biāo)法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，提

4、出了一種基于數(shù)字圖片的二次定標(biāo)空間定位方法。首先設(shè)置具有特征點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)參照物，利用基于點(diǎn)的定標(biāo)原理，求解攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)矩陣；然后調(diào)整焦距，使遠(yuǎn)距離的目標(biāo)物體清晰成像，采集目標(biāo)物體上特征點(diǎn)的圖像；然后平行移動(dòng)攝像機(jī)(移動(dòng)距離已知)，在新的位置再次采集目標(biāo)物體上特征點(diǎn)的圖像；通過(guò)特征點(diǎn)在前后兩圖像上的位置，求解出其在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)點(diǎn)的定位。 為了分析基于數(shù)字圖片二次定標(biāo)空間定位方法的定位精度，應(yīng)用MATLAB

5、軟件，分析了標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)參照物特征點(diǎn)的位置誤差、攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)矩陣誤差、攝像機(jī)位移誤差、像素取整誤差等因素對(duì)定位精度的影響及誤差變化規(guī)律。最后論文給出了基于數(shù)字圖片二次定標(biāo)空間定位方法的簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?基于數(shù)字圖片的二次定標(biāo)空間定位方法克服了衛(wèi)星定位系統(tǒng)、激光測(cè)距定位系統(tǒng)及水準(zhǔn)儀等定位方法在遠(yuǎn)距離、大尺寸測(cè)量定位中的不足。與現(xiàn)有的基于數(shù)字圖像的定標(biāo)方法相比，基于數(shù)字圖片的二次定標(biāo)空間定位方法能夠同時(shí)完成定標(biāo)和定位任務(wù)，避免了在遠(yuǎn)處